คู่มือครูวิชาเคมี เรื่อง อะตอมและสมบัติของธาตุ

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 53บทท่ี 2 อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ goo.gl/kUL1J2ผลการเรียนร�ู 1. สืบค�นข�อมูล สมมติฐาน การทดลองหรอื ผลการทดลองทเี่ ป�นประจกั ษพ� ยานในการเสนอแบบจําลองอะตอมของนักวทิ ยาศาสตร� และอธิบายววิ ัฒนาการของแบบจําลองอะตอม 2. เขยี นสัญลักษณน� วิ เคลยี ร�ของธาตุ และระบุจํานวนโปรตอน นวิ ตรอน และอเิ ล็กตรอนของอะตอมจากสัญลักษณน� ิวเคลียร� รวมท้งั บอกความหมายของไอโซโทป 3. อธิบายและเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย�อยเม่ือทราบเลขอะตอมของธาตุ 4. ระบุหม�ู คาบ ความเปน� โลหะ อโลหะ และกงึ่ โลหะ ของกลุม� ธาตธุ าตเุ รพรเี ซนเททฟี และธาตแุ ทรนซิชันในตารางธาตุ 5. วเิ คราะหแ� ละบอกแนวโน�มสมบตั ิของกล�ุมธาตุเรพรเี ซนเททฟี ตามหมู�และตามคาบ 6. บอกสมบัติของธาตุโลหะแทรนซิชัน และเปรียบเทียบสมบัติกับธาตุโลหะในกลุ�มธาตุเรพรีเซนเททีฟ 7. อธิบายสมบัตแิ ละคํานวณครึ่งชวี ติ ของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สี 8. สบื ค�นขอ� มูลและยกตัวอยา� งการนําธาตุมาใช�ประโยชน� รวมท้ังผลกระทบต�อสิ่งมชี ีวิตและสง่ิ แวดลอ� ม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเลม� 154การวเิ คราะห�ผลการเรียนร�ูผลการเรยี นรู�1. สบื คน� ข�อมลู สมมตฐิ าน การทดลองหรอื ผลการทดลองทเ่ี ปน� ประจกั ษพ� ยานในการเสนอ แบบจําลองอะตอมของนกั วทิ ยาศาสตร� และอธบิ ายวิวฒั นาการของแบบจาํ ลองอะตอมจุดประสงคก� ารเรยี นร�ู1. สืบค�นข�อมูลและอธิบายความหมายของแบบจําลองอะตอม พร�อมทั้งบอกสาเหตุที่ทําให� แบบจาํ ลองอะตอมเปลีย่ นแปลง2. อธบิ ายแบบจําลองอะตอมของดอลตัน ทอมสนั รัทเทอร�ฟอร�ด โบร� และแบบกลุ�มหมอก ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร�1. การสงั เกต 1. การสอ่ื สารสารสนเทศ และ 1. ความใจกวา� ง2. การลงความเหน็ จาก การรเ�ู ทา� ทนั สอ่ื 2. การใชว� ิจารณญาณ ข�อมูล 3. ความเช่อื และคา� นยิ มท่ี3. การสรา� งแบบจาํ ลอง 2. ความรว� มมอื การทาํ งาน เปน� ทมี และภาวะผน�ู าํ เกยี่ วขอ� งกบั วทิ ยาศาสตร�สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 55ผลการเรียนร�ู2. เขยี นสญั ลกั ษณน� วิ เคลยี รข� องธาตุ และระบจุ าํ นวนโปรตอน นวิ ตรอน และอเิ ลก็ ตรอนของ อะตอมจากสญั ลกั ษณน� วิ เคลยี ร� รวมทง้ั บอกความหมายของไอโซโทปประสงคก� ารเรยี นร�ู1. เขียนและแปลความหมายสญั ลักษณน� ิวเคลียรข� องธาตุ2. อธบิ ายความหมายและยกตวั อยา� งไอโซโทปของธาตุ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร� -1. การตีความหมายข�อมลู 1. ความร�วมมอื การทํางาน และลงขอ� สรุป เป�นทมี และภาวะผ�ูนําผลการเรยี นรู�3. อธิบายและเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย�อยเม่ือ ทราบเลขอะตอมของธาตุประสงค�การเรยี นร�ู1. บอกความแตกตา� งของระดบั พลังงานหลัก พลงั งานย�อย และออร�บทิ ลั2. จัดเรียงอิเลก็ ตรอนในอะตอมเมือ่ ทราบเลขอะตอมของธาตุ พร�อมทัง้ ระบุ หมู� คาบ และกล�มุ ของธาตใุ นตารางธาตุ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร�- 1. การสอ่ื สารสารสนเทศ และ - การรเ�ู ทา� ทนั สอ่ื 2. ความรว� มมอื การทาํ งาน เปน� ทมี และภาวะผน�ู าํ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 156ผลการเรียนร�ู4. ระบหุ ม�ู คาบ ความเปน� โลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะ ของกลม�ุ ธาตเุ รพรเี ซนเททฟี และธาตุ แทรนซชิ นั ในตารางธาตุประสงคก� ารเรยี นรู�1. บอกแนวคดิ ของนักวทิ ยาศาสตร�ในยุคตา� ง ๆ เกยี่ วกบั การจัดธาตุเปน� หมวดหม�ูจนไดเ� ปน� ตารางธาตุ พร�อมทั้งระบุปญ� หาของการจัดกลมุ� ธาตุ2. จําแนกธาตเุ ป�นกล�ุมโลหะ อโลหะ และกึ่งโลหะ หรือเปน� กลุม� ธาตุเรพรีเซนเททฟี หรอื ธาตุ หม�ูหลกั และธาตุแทรนซิชัน หรือตามการจัดเรยี งอเิ ลก็ ตรอน เมอื่ ทราบเลขอะตอม ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร� -1. การจาํ แนกประเภท 1. ความรว� มมอื การทาํ งาน2. การตคี วามหมายขอ� มลู เปน� ทมี และภาวะผน�ู าํ และลงข�อสรุป3. การสร�างแบบจําลองผลการเรยี นร�ู5. วเิ คราะหแ� ละบอกแนวโนม� สมบตั ขิ องกลุ�มธาตเุ รพรีเซนเททีฟ ตามหมแ�ู ละตามคาบประสงค�การเรยี นรู�1. วเิ คราะและสรุปแนวโน�มสมบัติต�าง ๆ ของธาตุตามหม�ูและคาบเกย่ี วกับขนาดอะตอม รศั มี ไอออน พลงั งานไอออไนเซชัน อเิ ลก็ โทรเนกาติวติ ี สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน พรอ� มทง้ั อธบิ ายเหตุผลประกอบ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร�1. การตีความหมายขอ� มลู 1. การคดิ อย�างมวี จิ ารณญาณ 1. การใชว� จิ ารณญาณ ความ และลงขอ� สรุป และการแก�ป�ญหา มุ�งมน่ั อดทน 2. การส่ือสารสารสนเทศและ การรูเ� ท�าทนั สอ่ื 3. ความรว� มมอื การทํางาน เปน� ทมี และภาวะผู�นาํสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 57ผลการเรยี นรู�6. บอกสมบัติของธาตุโลหะแทรนซิชัน และเปรียบเทียบสมบัติกับธาตุโลหะในกลุ�มธาตุ เรพรเี ซนเททฟีประสงค�การเรียนร�ู1. เปรยี บเทยี บสมบัตบิ างประการของโลหะเรพรเี ซนเททีฟหรือโลหะหมห�ู ลัก และโลหะ แทรนซชิ นั ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร� 1. การใชว� ิจารณญาณ1. การสังเกต 1. ความร�วมมอื การทํางาน2. การตง้ั สมมตฐิ าน เปน� ทีมและภาวะผ�ูนาํ3. การกําหนดนิยามเชงิ ปฏิบัตกิ าร4. การกําหนดและควบคมุ ตัวแปร5. การทดลอง6. การตคี วามหมายข�อมลู และลงข�อสรุป สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเลม� 158ตัวช้ีวดั7. อธบิ ายสมบตั แิ ละคาํ นวณครง่ึ ชวี ติ ของไอโซโทปกมั มนั ตรงั สีประสงค�การเรียนร�ู1. อธบิ ายสมบตั ขิ องไอโซโทปกัมมนั ตรังสี และรังสแี อลฟา รงี สีบตี า และรงี สีแกมมา2. คาํ นวณครึ่งชวี ติ ของไอโซโทปกัมมันตรังสี ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร�1. การใชจ� าํ นวน 1. การสอ่ื สารสารสนเทศและ 1. ความใจกวา� ง การรเ�ู ทา� ทนั สอ่ื 2. การใชว� ิจารณญาณ 3. ความรอบคอบ 2. การคดิ อยา� งมวี จิ ารณญาณ 4. การเหน็ คุณค�าทาง และการแก�ปญ� หา วิทยาศาสตร� 3. ความรว� มมือ การทํางาน 5. คณุ ธรรมและจริยธรรมที่ เปน� ทมี และภาวะผู�นํา เกีย่ วข�องกับวทิ ยาศาสตร�ตวั ชวี้ ัด8. สบื คน� ขอ� มลู และยกตวั อยา� งการนาํ ธาตมุ าใชป� ระโยชน� รวมทง้ั ผลกระทบตอ� สง่ิ มชี วี ติ และ สง่ิ แวดลอ� มประสงค�การเรียนร�ู1. สืบค�นข�อมูลและยกตัวอย�างการนําธาตุมาใช�ประโยชน�รวมทั้งผลกระทบต�อสิ่งมีชีวิตและสิง่ แวดลอ� ม ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง� ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร� ทางวทิ ยาศาสตร�- 1. การสอ่ื สารสารสนเทศและ 1. ความอยากรอ�ู ยากเห็น การรเ�ู ทา� ทนั สอ่ื 2. ความใจกวา� ง 3. ความม�งุ มนั่ อดทน 2. การคิดอยา� งมวี จิ ารณญาณ และการแก�ป�ญหา 3. ความร�วมมือ การทํางาน เปน� ทีมและภาวะผู�นําสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 59 ผงั มโนทัศน� บทท่ี 2 อะตอมและสมบัติของธาตุจาํ นวนโปรตอน จาํ นวนโปรตอน + นวิ ตรอน รทั เทอรฟ� อรด� คอื คอื ทอมสนั โบร� เลขอะตอม เลขมวลจดั เรยี งตาม ประกอบดว� ย ดอลตนั กลม�ุ หมอก สญั ลกั ษณน� วิ เคลยี ร� ไดแ� ก� แบบจาํ ลอง แสดงดว� ย จดั เรยี งตาม อะตอม ศกึ ษาจาก อนภุ าคในอะตอม แบบจาํ ลองอะตอม ประกอบดว� ย อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ นวิ ตรอนโปรตอน อโลหะ กง่ึ โลหะเทา� กบั อเิ ลก็ ตรอน จดั เรยี งใน ธาตุ แบง� เปน� โลหะตารางธาตุ มที ง้ั ประโยชน/� โทษ ธาตกุ มั มนั ตรงั สี แบง� เปน� ประกอบดว� ย กลม�ุ ธาตุ กลม�ุ ธาตุ หมห�ู ลกั แทรนซชิ นั18 หม�ู 7 คาบ แผร� งั สี แอลฟา บตี า แกมมา อน่ื ๆ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมีเล�ม 160สาระสําคัญ แบบจาํ ลองสรา� งขึ้นจากผลการทดลองและองค�ความรท�ู ี่มอี ยขู� ณะนัน้ ซึ่งเปลย่ี นแปลงได�เมอ่ื มีข�อมูลหรอื ผลการทดลองใหม� นักวทิ ยาศาสตรใ� ชว� ิธสี ร�างแบบจาํ ลองเพ่อื ศกึ ษาส่ิงท่ีมองไม�เห็นรวมถึงเรือ่ งของอะตอม โดยจะใช�ผลการทดลองและความรู�ท่คี น� พบแล�วเป�นพน้ื ฐานในการศึกษาส่งิ ทีส่ นใจต�อไป เพ่ือให�ได�องค�ความร�ใู หม� ๆ แนวคดิ หรอื แบบจาํ ลองเกยี่ วกบั อะตอมเร่ิมจากดอลตนั ทอมสันรัทเทอร�ฟอรด� โบร� และแบบกลม�ุ หมอก ซึ่งทําให�ได�รายละเอียดของอะตอมและโอกาสทจ่ี ะพบอนภุ าคในอะตอม จํานวนอนภุ าคดงั กลา� วนอ้ี าจทราบไดจ� ากการแปลความหมายสัญลกั ษณน� วิ เคลียร�ของธาตุ การท่ีนกั วทิ ยาศาสตรพ� บธาตุเป�นจาํ นวนมาก จําเปน� ต�องหาความสัมพันธร� ะหว�างสมบัตติ �าง ๆของธาตุแล�วนาํ มาจัดกล�ุมเพอ่ื ใหง� �ายต�อการศึกษา ท้งั นีต้ ารางธาตทุ ีใ่ ช�อยใ�ู นปจ� จบุ ันแบ�งธาตเุ ปน� 7คาบ 18 หม�ู โดยหมธ�ู าตยุ งั แยกเป�นหมูย� อ� ย A ซึง่ เรียกวา� กลุ�มธาตเุ รพรเี ซนเททีฟหรือกลุม� ธาตุหมู�หลัก และ B ซง่ึ เรียกว�ากลม�ุ ธาตุแทรนซิชนั กลม�ุ ธาตหุ มู�หลักมีแนวโนม� สมบตั ิบางประการ เช�น ขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลงั งานไอออไนเซชัน สมั พรรคภาพอิเล็กตรอน และอเิ ล็กโทรเนกาติวติ ีตามหมูแ� ละคาบ ส�วนกลุ�มธาตแุ ทรนซชิ นั มีสมบัติคลา� ยกันตามคาบมากกว�าตามหม�ู ธาตุกัมมันตรังสีมีนิวเคลียสไม�เสถียรจึงสลายตัวและแผ�รังได� รังสีที่แผ�ออกจากธาตุกมั มนั ตรงั สมี หี ลายชนิด ซึ่งแต�ละชนิดมีสมบัตแิ ตกตา� งกนั อัตราการสลายตวั ของธาตุกัมมนั ตรงั สีบอกเป�นครึ่งชีวิต ซึ่งหมายถึงระยะเวลาที่นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม การเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีอาจเป�นการสลายตัวของธาตุที่มีมวลสูงได�เป�นไอโซโทปของธาตุที่เบากว�า หรือเกิดการรวมตัวของธาตุเบาเป�นนิวเคลียสใหม�ที่มีมวลสูงกว�าเดิม มนุษย�นําไอโซโทปกัมมันตรังสีมาใช�ประโยชน�ในหลายด�าน เช�น การเกษตรอตุ สาหกรรม การแพทย� ธรณีวทิ ยาเวลาทใ่ี ช�บทน้คี วรใช�เวลาสอนประมาณ 25 ชัว่ โมง2.1 แบบจาํ ลองอะตอม 5 ชว่ั โมง2.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป 2 ชั่วโมง2.3 การจดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอม 4 ชัว่ โมง2.4 ตารางธาตแุ ละสมบัตขิ องธาตหุ ม�ูหลัก 5 ชั่วโมงสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 61 2.5 ธาตแุ ทรนซชิ ัน 3 ช่ัวโมง 2.6 ธาตกุ ัมมนั ตรงั สี 4 ชัว่ โมง 2.7 การนําธาตุไปใชป� ระโยชน�และผลกระทบต�อส่ิงมีชวี ติ 2 ช่วั โมงความร�ูกอ� นเรยี น อนุภาคในอะตะอม ธาตแุ ละสญั ลักษณธ� าตุ ตรวจสอบความเข�าใจ1. สารที่กําหนดใหต� �อไปน้ีเปน� ธาตหุ รอื สารประกอบลําดบั สาร ธาตุ สารประกอบ 1 Ca 2 H2O 3 He 4 Fe 5 H2 6 O3 7 NaCl 8 C6H12O6 9 โซดาไฟ 10 โครเมียม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1622. แบบจําลองอะตอมของนักวทิ ยาศาสตรใ� นยุคหน่งึ เปน� ดงั รูป จงนาํ คําท่ีกําหนดให� เตมิ ลงใน ช�องวา� งใหถ� กู ตอ� ง นิวตรอน อเิ ล็กตรอน นวิ เคลียส บวก ลบอเิ ล็กตรอน นิวเคลียส มปี ระจุไฟฟ�า ประกอบด�วย ลบ โปรตรอน นวิ ตรอน มีประจไุ ฟฟา� บวก เปน� กลางทางไฟฟา�3. ทําเครอื่ งหมาย หนา� ข�อความที่ถูกต�อง และทําเครอื่ งหมาย หน�าข�อความที่ ไม�ถูกต�อง... ... 3.1 ธาตุเปน� สารผสม พบได�ท้งั สถานะ ของแขง็ ของเหลว และแกส� ธาตเุ ป�นสารบรสิ ทุ ธ์ิ... ... 3.2 โปรตอน นิวตรอน และอิเลก็ ตรอน เป�นอนุภาคท่พี บในอะตอมของธาตุ... ... 3.3 อิเลก็ ตรอนมปี ระจุบวก อเิ ลก็ ตรอนมีประจลุ บ... ... 3.4 ธาตบุ างชนดิ สามารถแผร� ังสไี ด�... ... 3.5 ทองแดงเป�นโลหะทีส่ ามารถนาํ ไฟฟ�าไดแ� ละนิยมนํามาทาํ สายไฟฟา�สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 632.1 แบบจําลองอะตอมจดุ ประสงค�การเรียนร�ู 1. สืบค�นข�อมูลและอธิบายความหมายของแบบจําลองอะตอมพร�อมทั้งบอกสาเหตุที่ทําให�แบบจาํ ลองอะตอมมกี ารเปลีย่ นแปลง 2. อธบิ ายแบบจาํ ลองอะตอมของดอลตนั ทอมสนั รทั เทอรฟ� อรด� โบร� และแบบกลมุ� หมอกความเข�าใจคลาดเคล่อื นท่ีอาจเกดิ ข้ึนความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�องรั ง สี แ อ ล ฟ า ส า ม า ร ถ ส ะ ท� อ น ก ลั บ ไ ด� โ ด ย ตามแบบจําลองอะตอมของทอมสัน รังสีประจุบวกที่กระจายอยู�ทั่วไปตามแบบจําลอง แอลฟามีโมเมนตัมสูงกว�าประจุบวกท่กี ระจายอะตอมของทอมสันนั้น เมื่อรังสีแอลฟาพุ�งเข�า อยู�ในอะตอมทําให�รังสีแอลฟาไม�สะท�อนกลับชนจะสะท�อนกลับได� เมื่อเกิดการชนกับประจุบวกสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนในช�วงคลื่นที่ตา สเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนในช�วงคลื่นที่มองเหน็ เกดิ จากการคายพลงั งานของอเิ ลก็ ตรอน ต า ม อ ง เ ห็ น เ กิ ด จ า ก ก า ร ค า ย พ ลั ง ง า น ข อ งจากสถานะกระตุ�นลงมาที่สถานะพื้น อิเล็กตรอนจากสถานะกระตุ�นลงมาที่ระดับ พลังงานที่ต่ํากว�าซึ่งไม�ใช�สถานะพื้น แต�เป�น ช�วงระดับพลังงานที่ตามองเห็นจุดในแบบจําลองอะตอมแบบกลุ�มหมอกแทน จุดในแบบจําลองอะตอมแบบกลุ�มหมอกแทนอิเล็กตรอน ทําให�เข�าใจว�ามีอิเล็กตรอนจํานวน โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน กลุ�มหมอกทึบมีมากอยู�รอบนิวเคลียส โอกาสพบอเิ ลก็ ตรอนไดม� ากกวา� กลม�ุ หมอกจางส่ือการเรยี นรู�และแหล�งการเรียนร�ู 1. แหลง� สบื ค�นขอ� มูล เชน� หอ� งคอมพวิ เตอร�ของโรงเรยี น 2. สถานท่ีทป่ี ราศจากการรบกวนของแสง หรือมีแสงรบกวนน�อย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 164แนวการจดั การเรียนรู� 1. ครูให�นักเรียนยกตัวอย�างกระบวนการและทักษะท่ีใช�ในการทดลองหรือการทําโครงงานวิทยาศาสตร� ซึ่งควรได�คําตอบว�ากระบวนที่ใช�ในการทดลองหรือการทําโครงงานวิทยาศาสตร�เช�น การวางแผนการทดลอง การศึกษาและรวบรวมข�อมูล การดําเนินงาน การวิเคราะห�ข�อมูล การนําเสนอข�อมูล ส�วนทักษะที่ใช�ในการทดลองหรือการทําโครงงานวิทยาศาสตร� เช�นการสงั เกต การตงั้ สมมตฐิ าน การทําการทดลอง การจดั กระทาํ ข�อมลู การตคี วามหมายขอ� มลู และลงข�อสรปุ จากนัน้ ครูโยงเขา� สบ�ู ทเรียนโดยอธบิ ายให�นกั เรียนทราบวา� การทาํ งานของนักวิทยาศาสตร�เช�น การศกึ ษาโครงสร�างอะตอม ต�องใชก� ระบวนการหรอื ทักษะต�าง ๆ เชน� เดียวกับทก่ี ล�าวมา 2. ครใู ห�ความรเู� กี่ยวกบั แนวคดิ ของดโิ มคริตสุ ท่ีวา� ถา� แบง� สิ่งต�าง ๆ ใหม� ขี นาดเลก็ ลงเร่ือย ๆจะได�หน�วยยอ� ยที่ไม�สามารถแบ�งใหเ� ล็กลงไดอ� กี หนว� ยย�อยนเ้ี รยี กวา� อะตอม จากนนั้ อภปิ รายรว� มกันถึงวิธีการท่ีนักวิทยาศาสตร�ใช�ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร�างอะตอมซึ่งมีขนาดเล็กมากและมองไม�เห็นด�วยตาเปล�า แล�วนาํ เข�าสูก� ิจกรรม 2.1 โดยกิจกรรมนต้ี �องการฝก� กระบวนการสบื เสาะหาความรู� ทกั ษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร� การสอ่ื สารขอ� มูลและการทาํ งานร�วมกันเปน� กลม�ุ ไมเ� น�นคาํ ตอบว�าถูกหรอื ผดิ แตใ� ห�พิจารณาการใหเ� หตุและผลท่ีสอดคลอ� งกับผลการทดลอง และเพื่อให�สอดคล�องกบัวิธีการที่นักวิทยาศาสตร�ใช�ศึกษาหาข�อมูลกับสิ่งที่มองไม�เห็น ครูจึงไม�ต�องเฉลยสิ่งที่อยู�ในกระป�องปรศิ นา แมว� า� นกั เรยี นจะทาํ กจิ กรรมเสรจ็ แลว�สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 65กจิ กรรม 2.1 กระป�องปริศนาจุดประสงค�ของกจิ กรรม1. สร�างแบบจาํ ลองเพือ่ อธิบายสิง่ ทีม่ องไม�เหน็2. อธิบายสาเหตุทท่ี าํ ใหอ� งค�ความร�ูหรือแนวคดิ ทางวทิ ยาศาสตรเ� กิดการเปลี่ยนแปลงเวลาทีใ่ ช� อภปิ รายก�อนทํากจิ กรรม 10 นาที ทาํ กิจกรรม 30 นาที อภิปรายหลงั ทาํ กิจกรรม 20 นาที รวม 60 นาทีวสั ดุและอปุ กรณ� ปริมาณต�อกลุ�ม รายการ 1 กระป�อง 5-10 แผ�น 1. กระป�องปริศนา 2. กระดาษ A4การเตรยี มล�วงหนา� จัดเตรียมกระป�องปรศิ นาไวล� ว� งหน�าเทา� กบั จํานวนกลม�ุ ของนกั เรียน โดยใชอ� ปุ กรณ�และวิธีการทําดงั ตอ� ไปน้ี รายการ ปริมาณต�อกลุ�ม 1 อัน1. แกนกระดาษทิชชูหรือกระป�อง ทรงสูง ความยาวประมาณ 15 cm สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 166 รายการ ปริมาณต�อกลุ�ม 2 เส�น2. เชือกขาว (ประมาณเบอร� 18) ความยาวประมาณเส�นละ 20 cm 1 เส�น/ห�วง 2 แผ�น3. หนังยางหรือห�วงพลาสติก4. กระดาษป�ดแกนกระดาษทิชชูหรือ กระป�อง (สีทึบ)5. กาว6. กรรไกร7. อุปกรณ�สําหรับเจาะรูลักษณะของส่งิ ทอ่ี ยใู� นกระปอ� งปริศนา เป�นดังรูป หนังยาง เชอื กลกั ษณะภายนอกของกระป�อง ลกั ษณะภายในของกระป�องหมายเหตุ1. ลักษณะและส่ิงของที่อย�ใู นกระปอ� งปรศิ นาอาจเตรียมตามตัวอยา� ง หรือมรี ูปแบบอน่ื ๆ เช�น ใช�ลวดเสียบกระดาษแทนหนังยาง หรือนําเชือกมาพันกันโดยไม�ใช�หนังยาง ท่ี สามารถใชฝ� ก� กระบวนการสืบเสาะหาความรไู� ด�2. ความยาวเชอื กและระยะห�างระหว�างรดู า� นบนกบั รดู �านล�างจะมีผลตอ� การสังเกตสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 67ข�อเสนอแนะสาํ หรบั ครู1. ใช�คําถามเพื่อกระตุ�นให�เกิดการอภิปรายร�วมกันว�า จะมีวิธีการอย�างไรในการศึกษา ลักษณะของสิง่ ท่มี องไม�เหน็ และสัมผัสด�วยมอื ไม�ได�2. แนะนําวิธีทดลองและเน�นให�นักเรียนทําตามลําดับข้ันตอนที่ระบุไว�ในกิจกรรมอย�าง เคร�งครดั และหา� มเป�ดกระป�องปรศิ นาหรอื กระทําการใด ๆ ใหช� ํารดุ จนมองเหน็ ส่งิ ทีอ่ ย�ู ภายในกระป�อง3. ใหน� กั เรียนซักถามในประเด็นที่สงสยั ก�อนเรม่ิ ทํากิจกรรม4. ถ�ามีเวลาและอปุ กรณเ� พียงพอ ครูอาจให�นักเรียนลองสร�างแบบจาํ ลองกระป�องปริศนา ตามข�อคน� พบของตนเองตัวอยา� งผลการทํากจิ กรรม ผลที่สังเกตได� การกระทํา ทําด�วยกระดาษแข็งสีน้ําตาล มีเชือกยื่น 1. การสังเกตกระป�องปริศนา ออกมา 4 เส�น ด�านบน 2 เส�นและด�าน ล�าง 2 เส�น 2. ดึงปลายเชือกด�านล�างซ�าย ล�าง ขวา และดึงปลายเชือกทั้งสองด�าน ปลายเชือกด�านตรงข�ามจะเคลื่อนที่ตาม พร�อมกัน แรงดึง ถ�าดึงปลายเชือกทั้งสองด�านพร�อม กัน เชือกจะตึงตัว 3. ดึงปลายเชือกด�านบนซ�าย บน ขวา และดึงทั้งปลายเชือกทั้งสอง ปลายเชือกด�านตรงข�ามจะเคลื่อนที่ตาม ด�านพร�อมกัน แรงดึง ถ�าดึงปลายเชือกทั้งสองด�านพร�อม กัน เชือกจะตึงตัว 4. ดึงปลายเชือกด�านบนขวาและด�าน ล�างซ�ายพร�อมกัน ปลายเชือกด�านตรงข�ามจะเคลื่อนที่ตาม แรงดึง สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 168 อภิปรายผลการทาํ กจิ กรรม 1. นําแบบจําลองมาใช�เมื่อต�องการศึกษาหรืออธิบายปรากฏการณ�ต�าง ๆ หรือเมื่อ ต�องการสื่อสารเนื้อหาหรือเรื่องราวที่เป�นนามธรรม หรือยากต�อการเข�าใจ ให�เข�าใจได� ง�ายข้ึน 2. แบบจําลองหรอื แนวคิดในการอธิบายปรากฏการณ�ต�าง ๆ สามารถเปลี่ยนแปลงไดถ� �ามี การคน� พบขอ� มูลใหม� ๆ ท่สี ามารถนาํ มาอธบิ ายเน้ือหาเร่ืองราวไดถ� กู ต�อง สอดคล�องกับ ผลการทดลอง หรือชว� ยใหเ� กิดความเข�าใจได�งา� ยกว�าแบบจําลองเดมิ 3. รปู วาดแบบจาํ ลองของแตล� ะกลม�ุ อาจไมเ� หมอื นกนั ขน้ึ อยก�ู บั ลาํ ดบั ขน้ั และการแปลผล 4. กจิ กรรมนเี้ ช่ือมโยงกบั กระบวนการทาํ งานของนักวิทยาศาสตร� เน่ืองจากการแสวงหา ความร�ูของนักวทิ ยาศาสตร�เกย่ี วข�องกบั กระบวนการสืบเสาะหาความร�ู การทาํ งานอยา� ง มรี ะบบ และใช�ทักษะการทางวทิ ยาศาสตร� สรปุ ผลการทํากิจกรรม 1. นําแบบจําลองมาใช�เมื่อต�องการศึกษาหรืออธิบายปรากฏการณ�ต�าง ๆ 2. แบบจําลองรวมทั้งความรู�ทางวิทยาศาสตร�สามารถเปลี่ยนแปลงได�ตามข�อมูลใหม�ที่ ค�นพบ 3. ครใู ห�ความร�เู พิม่ เตมิ เพื่อเชือ่ มโยงวธิ ีการทีใ่ ช�ในการศกึ ษากระปอ� งปรศิ นา ไปสู�กระบวนการสืบเสาะหาความรู�และใช�ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร�เพื่อหาองค�ความรู�ใหม� เช�น การสังเกต การตั้งสมมติฐาน การทดลอง การรวบรวมข�อมูล การตีความหมายข�อมูลและลงข�อสรุป การสร�างแบบจําลอง 4. ครูตั้งคําถามให�ร�วมกันอภิปรายว�า นักวิทยาศาสตร�มีวิธีการอย�างไรในการศึกษาและอธิบายโครงสร�างอะตอมซึ่งมีขนาดเล็กมากและมองไม�เห็นด�วยตาเปล�าซึ่งควรได�ข�อสรุปร�วมกันว�า ต�องทําการศึกษาโดยอาศัยการสร�างแบบจําลองอะตอมที่สอดคล�องกับผลการทดลอง และแบบจําลองที่สร�างขึ้นนั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได�ตามข�อมูลและผลการทดลองที่เพิ่มขึ้น 5. ให�นักเรียนแต�ละกลุ�มสืบค�นข�อมูลเกี่ยวกับที่มาและลักษณะของแบบจําลองอะตอมของดอลตัน จากนั้นอภิปรายร�วมกันและนําเสนอแบบจําลองที่กลม�ุ ของตนคดิ วา� สอดคลอ� งกบัทฤษฎอี ะตอมของดอลตนั พรอ� มใหเ� หตผุ ลประกอบ โดยแบบจาํ ลองทน่ี กั เรยี นเสนออาจเปน� รปู สามมติ ิสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 69ใด ๆ เช�น ทรงกลมขนาดต�าง ๆ กัน หรือรูปทรงอื่น ๆ เนื่องจากแต�ละธาตุมีลักษณะเฉพาะตัว แล�วจึงเปรียบเทียบกับแบบจําลองของดอลตัน ในรูป 2.1 6. ให�นักเรียนร�วมกันอภิปรายจากคําถามที่ว�า ในป�จจุบันทราบว�าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลไม�เท�ากัน และอะตอมมีอนุภาคโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนเป�นองคป� ระกอบ ขอ� มลู เหลา� นไ้ี มส� อดคลอ� งกบั ขอ� ความใดในแบบจาํ ลองของดอลตนั ซง่ึ คาํ ตอบของคาํ ถามจะนําไปสู�ข�อสรุปที่ว�าแบบจําลองอะตอมของดอลตันไม�ถูกต�องจึงต�องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อสร�างแบบจําลองอะตอมอื่น ๆ ต�อไป 7. ครใู หค� วามรเ�ู กย่ี วกบั หลอดรงั สแี คโทดวา� เปน� หลอดแกว� ทม่ี แี กส� ความดนั ตาํ่ บรรจอุ ยภ�ู ายในมีขั้วไฟฟ�าต�อกับแหล�งกําเนิดไฟฟ�าศักย�สูง เมื่อทําให�ขั้วไฟฟ�าทั้งสองขั้วมีความต�างศักย�สูงขึ้น แก�สจะแตกตัวเป�นอะตอมและมีกระแสไฟฟ�าไหลผ�านได� 8. ให�นักเรียนศึกษาการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทด ตามรูป 2.2 ก ข และ ค จากนั้นร�วมกันอภิปรายซึ่งควรได�ข�อสรุปว�ารังสีแคโทดเป�นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ�าลบเนื่องจากเบนเข�าหาขั้วบวกในสนามไฟฟ�า รังสีแคโทดเบี่ยงเบนในสนามแม�เหล็กได� เมื่อปรับสนามไฟฟ�าและสนามแม�เหล็กจนแนวการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทดเป�นเส�นตรง จะทําให�สามารถคํานวณอัตราส�วนของประจุต�อมวล(e/m) ของอนุภาคในรังสีแคโทดได�ขอ� แนะนําเพ่มิ เติม ในกรณีทโ่ี รงเรยี นมีหลอดรังสแี คโทด เครื่องกําเนิดไฟฟ�าศักย�สงู แท�งแม�เหลก็ และเคร่อื งกาํ เนิดสนามไฟฟา� ครูอาจสาธติ หรอื ใหน� ักเรยี นทดลองเกีย่ วกบั หลอดรังสีแคโทด ดงั นี้1. จัดอุปกรณ�ดังรูป ขว้ั ลบ (สายไฟสีดํา)เครอื่ งกาํ เนิด หลอดรงั สีแคโทดไฟฟา� ศกั ย�สงู ทีต่ งั้ หลอดรังสแี คโทด ขว้ั บวก (สายไฟสีแดง) สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 170เม่ือเปด� เครอ่ื งกาํ เนิดไฟฟ�า เมอ่ื นําแท�งแม�เหลก็ เข�าใกลห� ลอดรงั สีแคโทด2. เมอ่ื เปด� เคร่ืองกําเนดิ ไฟฟา� จะสงั เกตเหน็ ลําแสงเกดิ ข้ึนภายในหลอด3. เมอื่ นําแทง� แม�เหล็กเข�าใกลห� ลอดรังสีแคโทด ลาํ แสงจะเบนได� 9. ครตู ง้ั คาํ ถามวา� ผลการทดลองของทอมสนั ซง่ึ พบวา� คา� ประจตุ อ� มวลของรงั สแี คโทดมคี า� คงท่ีไม�ขึ้นกับชนิดของแก�สที่บรรจุในหลอดและโลหะที่ใช�ทําขั้วไฟฟ�า นักเรียนแปลความหมายผลการทดลองน้ีได�อยา� งไร ซึง่ นกั เรยี นควรไดข� อ� สรุปวา� อนภุ าคของรงั สีแคโทดเป�นองค�ประกอบของสารทุกชนดิ ซ่ึงอนุภาคนภี้ ายหลงั เรยี กว�าอิเล็กตรอน จากน้นั ครเู ชอื่ มโยงให�นกั เรยี นทราบวา� การคน� พบอิเล็กตรอนในอะตอม ไมส� อดคลอ� งกับทฤษฎอี ะตอมของดอลตันทวี่ �าอะตอมแบ�งแยกไมไ� ด� 10. ครูให�นักเรยี นลองเขยี นแบบจําลองอะตอมตามข�อมูลท่นี ักเรียนไดเ� รยี นร�ู โดยครูอาจให�ข�อมลู เพม่ิ เตมิ วา� อะตอมเปน� กลางทางไฟฟ�า (แบบจําลองทน่ี กั เรยี นเสนอไมจ� าํ เป�นตอ� งถูกต�อง) จากน้ันใหน� ําแบบจาํ ลองของนกั เรียนไปเปรยี บเทียบกับแบบจาํ ลองอะตอมของทอมสัน ในรปู 2.3 และร�วมกันสรุปรายละเอียดแบบจําลองอะตอมของทอมสัน 11. ครูให�ความรวู� �า นอกจากทอมสนั แลว� ยงั มรี ัทเทอร�ฟอร�ดซงึ่ เป�นนักวิทยาศาสตร�อีกทา� นที่ได�ทาํ การทดลองเพอ่ื ศกึ ษาโครงสรา� งอะตอม จากนั้นถามคาํ ถามวา� รทั เทอรฟ� อรด� ทาํ การทดลองเพอื่ศกึ ษาโครงสรา� งอะตอมอย�างไร และผลการทดลองท่ีไดส� อดคล�องหรอื ขัดแยง� กับแนวคดิ ของทอมสนัเพอ่ื นาํ เขา� สู�กจิ กรรม 2.2 12. ใหน� กั เรยี นทํากจิ กรรม 2.2สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 71กิจกรรม 2.2 การทดลองของรทั เทอรฟ� อรด�จดุ ประสงคข� องกจิ กรรม1. สบื คน� ขอ� มลู และอธิบายการทดลองเพอ่ื ศึกษาโครงสรา� งอะตอมของรทั เทอร�ฟอร�ด2. อธิบายผลการค�นพบของรัทเทอรฟ� อร�ดว�าสนบั สนนุ หรอื ขดั แยง� แนวคิดของทอมสนัเวลาท่ใี ช� อภปิ รายก�อนทํากิจกรรม 10 นาที ทํากจิ กรรม 30 นาที อภปิ รายหลงั ทํากิจกรรม 20 นาที รวม 60 นาทีวัสดุและอุปกรณ� ปริมาณต�อกลุ�ม รายการ 1 แผ�น 1 ด�าม 1. กระดาษปรู�ฟ ใช�ร�วมกัน 2. ปากกาเมจิก 3. เทปใสการเตรียมลว� งหน�า1. แหล�งสบื คน� เชน� ห�องคอมพิวเตอร�2. เครอื่ งพมิ พ�ข�อเสนอแนะสาํ หรบั ครู1. ครอู าจให�คําสําคัญในการสบื คน� กับนักเรียน เช�น การทดลองของรทั เทอรฟ� อร�ด การยิง อนุภาคแอลฟาไปยงั แผ�นทองคําบาง ๆ2. ครแู นะนํานักเรยี นวา� การสืบค�นข�อมูลตอ� งสืบค�นจากหลายแหลง� และควรอ�างอิงแหล�ง ท่มี าทกุ แหล�ง สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเลม� 1723. ในช�วงการนําเสนอโปสเตอร� ครคู วรแนะนําใหน� ักเรียนวางแผนการทํางานกบั สมาชกิ ใน กลุ�มและตอ� งสลับบทบาท เชน� สมาชิกในกล�ุมมี 5 คน ในชว� ง 5 นาทีแรก อาจมคี น ประจาํ โปสเตอร� 1 คน ส�วนที่เหลืออีก 4 คนอาจไปชมการนําเสนอของกล�มุ อื่นพร�อม แลกเปลย่ี นข�อมูลโดยกระจายไปคนละกล�มุ พอครบ 5 นาที ให�สลบั บทบาทอภปิ รายผลการทํากิจกรรม1. รัทเทอรฟ� อร�ดทําการทดลองเพอ่ื ศกึ ษาโครงสรา� งอะตอม โดยการยิงอนภุ าคแอลฟา ซง่ึ มีประจุบวกไปยังแผ�นทองคําบาง ๆ และใช�ฉากเรืองแสงที่เคลือบด�วยซิงค�ซัลไฟด�โค�ง เปน� วงลอ� มรอบแผ�นทองคาํ เพ่ือตรวจจบั อนุภาคแอลฟา2. ในการทดลองนตี้ �องทําแผน� ทองคําใหเ� ป�นแผน� บาง ๆ เพ่ือใหอ� ะตอมของทองคําเรยี งตัว อย�ใู นระนาบเดยี ว ไม�เกิดการซอ� นทบั กนั และเพอื่ ใหร� ังสแี อลฟาซ่ึงเปน� อนุภาคท่ีมปี ระจุ บวกสามารถทะลุทะลวงผา� นได�3. สมมติฐานของรัทเทอร�ฟอร�ดคือ ถ�าแบบจําลองอะตอมของทอมสันถูกต�องจะต�องเกิด การเรืองแสงบนฉากดา� นหลังของแผน� ทองคาํ เท�านน้ั แตผ� ลการทดลองท่ไี ด�จริงพบวา� ส�วนใหญ�จะเกิดการเรืองแสงบนฉากที่อยู�บริเวณด�านหลังของแผ�นทองคํา มีบางครั้ง เกิดการเรืองแสงบริเวณด�านข�าง และมีการเรืองแสงบริเวณด�านหน�าของแผ�นทองคํา ด�วยแต�น�อยครั้ง ดังรูป ดังนั้นผลการทดลองของรัทเทอร�ฟอรด� จงึ ไมส� อดคล�องกบั แบบ จาํ ลองอะตอมของของทอมสัน แผ�นทองคาํ บาง ๆ แหลง� กําเนดิ รังสแี อลฟาฉากเรืองแสง ชอ� งสาํ หรับให�รังสแี อลฟาผ�านสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 73 4. จากผลการทดลองของรทั เทอรฟ� อรด� การเรืองแสงบรเิ วณด�านหน�าของแผน� ทองคาํ ซ่ึงมี สัดส�วนน�อยมาก อาจเป�นเพราะในอะตอมมีกลุ�มอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากแต�มีมวล สูงกว�ารังสแี อลฟา ครูให�ความรเู� พมิ่ เตมิ ว�า อนภุ าคมีขนาดเล็กมากแต�มีมวลสงู นเ้ี รียก ว�านิวเคลียส ส�วนกรณีที่ส�วนใหญ�เกิดการเรืองแสงบนฉากที่อยู�บริเวณด�านหลังของ แผ�นทองคําเปน� ไปไดว� า� ภายในอะตอมมีท่วี �างอยู�เป�นบรเิ วณกว�าง โดยมีอเิ ล็กตรอนซ่ึง เป�นอนภุ าคทก่ี าํ หนดขอบเขตอะตอมอย�ทู ีผ่ วิ ด�านนอก 5. การแลกเปลี่ยนขอ� มลู ในกจิ กรรม การนาํ เสนอโปสเตอรแ� ละการอภปิ รายร�วมกนั ทั้ง ห�อง เป�นวิธีการหนึ่งท่ชี �วยเตมิ เต็มข�อมูลจากการสบื คน� ท่ีไมส� มบรู ณ� นอกจากนีย้ งั แก�ไข องค�ความร�ทู คี่ ลาดเคลอื่ นใหถ� กู ต�อง (กรณที ่นี ักเรยี นสบื ค�นขอ� มลู จากแหล�งทน่ี าํ เสนอ ข�อมลู คลาดเคล่อื นหรือไมถ� กู ต�อง) สรุปผลการทาํ กจิ กรรม 1. ผลการทดลองของรัทเทอร�ฟอรด� ไมส� อดคล�องกบั แบบจําลองอะตอมของทอมสนั 2. ผลการทดลองของรัทเทอร�ฟอร�ดนําไปสู�ข�อสรุปที่ว�าอะตอมประกอบด�วยนิวเคลียส ทมี่ ขี นาดเล็กมากอย�ภู ายในและมีประจไุ ฟฟา� เป�นบวก และมีอเิ ล็กตรอนอยล�ู อ� มรอบ 13. ใหน� กั เรียนเสนอแบบจําลองอะตอมท่สี อดคล�องกบั ผลการทดลองของรทั เทอรฟ� อร�ด แลว�เปรยี บเทยี บแบบจาํ ลองของนกั เรียนกับรูป 2.4 จากน้ันให�ศึกษาและสรปุ สาระสาํ คญั ของแบบจําลองอะตอมของรทั เทอรฟ� อร�ด และครูให�ความรูเ� พ่ิมเตมิ เกีย่ วกับการใชแ� บบจําลองอธิบายผลการทดลองของรทั เทอร�ฟอร�ด ตามรูป 2.5 14. ครูให�นักเรียนอภิปรายเพื่อทบทวนความร�ูเรื่องโครงสร�างอะตอมตามแบบจําลองของรัทเทอร�ฟอร�ด ซึ่งควรได�ข�อสรุปว�า แบบจําลองของรัทเทอร�ฟอร�ดเป�นแบบจําลองที่ยังไม�มีรายละเอียดว�าอเิ ล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลยี สอย�กู นั อย�างไร จึงนาํ ไปสู�การหาข�อมูลเพม่ิ เติมเพอ่ื ใช�สรา� งแบบจาํ ลองใหม� 15. ครูให�ความรู�เกี่ยวกับความหมายของสเปกตรัมแม�เหล็กไฟฟ�าซึ่งประกอบด�วยคลื่นแมเ� หล็กไฟฟ�าทม่ี ีความยาวคลนื่ ตา� ง ๆ และมคี วามถ่ีต�อเนอ่ื งเปน� ช�วงกว�าง ๆ รวมทั้งสมบตั ติ า� ง ๆของคล่นื คลน่ื แม�เหล็กไฟฟา� แสงทีม่ องเหน็ ได� และช�วงความยาวคลื่นของแถบสีต�าง ๆ ในสเปกตรัมของแสงขาวตามรูป 2.6 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ล�ม 174 16. ครูให�ความรู�เรื่องความสัมพันธ�ของพลังงาน ความถี่ และความยาวคลื่นของคลื่นแมเ� หลก็ ไฟฟา� ตามสมการของพลงั ค� จากน้ันใหน� ักเรยี นฝก� คาํ นวณคาํ นวณค�าพลังงานโดยครกู าํ หนดคา� ความยาวคลืน่ ของแถบสีตา� ง ๆ แลว� ให�นกั เรียนเปรียบเทยี บค�าทไ่ี ดจ� ากการคาํ นวณกับค�าพลงั งานในตาราง 2.1 17. ครูให�นักเรียนร�วมกันตอบคําถามว�า เมื่อธาตุได�รับพลังงานสูงมากพอจะสังเกตเห็นสเปกตรัมของธาตุได� นักเรียนคิดว�าสเปกตรัมของแสงขาวกับสเปกตรัมของธาตุเหมือนกันหรือไม�อย�างไร แลว� นําเขา� ส�ูการทํากจิ กรรม 2.3สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 75กิจกรรม 2.3 การทดลองการศกึ ษาเสน� สเปกตรมั ของธาตุจดุ ประสงคก� ารทดลอง1. ทําการทดลองเพอ่ื ศึกษาสเปกตรมั ของแสงอาทิตย� แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต� และ แสงของหลอดบรรจแุ กส� ชนิดตา� ง ๆ2. บอกความแตกตา� งระหว�างสเปกตรมั ของแสงอาทติ ย� แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต� และแสงของหลอดบรรจุแกส� ชนดิ ตา� ง ๆเวลาท่ใี ช� อภปิ รายกอ� นทํากจิ กรรม 10 นาที ทํากิจกรรม 30 นาที อภิปรายหลังทํากจิ กรรม 20 นาที รวม 60 นาทีวสั ดแุ ละอุปกรณ� ปริมาณต�อกลุ�ม รายการ 1 แผ�น 1 เครื่อง 1. แผ�นเกรตติง 1 ชุด 2. ชุดศึกษาสเปกตรัมของธาตุ 3. หลอดบรรจุแก�สชนิดต�าง ๆ เช�น แก�สไฮโดรเจน แก�สฮีเลียม แก�ส นีออน ไอปรอทการเตรยี มล�วงหน�า1. เตรียมปลั๊กไฟหรือปลั๊กพ�วงให�เพียงพอสําหรับนักเรียนทุกกลุ�ม2. เตรียมห�องหรือสถานที่สําหรับสังเกตสเปกตรัมของธาตุ โดยสถานที่ดังกล�าวควร ปราศจากการรบกวนของแสง ถ�าไม�มีสถานที่อาจให�นักเรียนทําการทดลองในกล�อง กระดาษแล�วใช�ผ�าสีดําคลุมทับ3. เตรียมตัวอย�างรูปภาพสเปกตรัมของธาตุที่ศึกษา สําหรับประกอบการอภิปราย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมเี ลม� 176ข�อแนะนาํ สําหรบั ครู1. แผ�นเกรตติงในการทดลองนเ้ี ปน� แผ�นพลาสติกใสบาง ๆ บนแผน� มีชอ� งขนานอยช�ู ิดกัน มาก โดยทั่วไปใน 1 cm อาจแบง� เปน� 10,000 ช�องหรือมากกว�า การแยกแสงท่ีมี ความยาวคลื่นต�างกันออกจากกันให�เป�นสเปกตรัมของแสง อาศัยสมบัติการกระจาย และการแทรกสอดของคล่นื แสง2. ให�นักเรียนฝ�กใช�แผ�นเกรตติง โดยการปรับมุมรับแสงตกกระทบจากดวงอาทิตย� จน สามารถสงั เกตเห็นสเปกตรมั ผา� นแผน� เกรตตงิ ได� จากนั้นจงึ นาํ ไปใช�สอ� งดแู สงจากหลอด ฟลอู อเรสเซนต� และแสงของหลอดบรรจแุ ก�สชนิดตา� ง ๆ3. เตือนนักเรียนไม�ใหน� าํ แผน� เกรตตงิ ไปส�องดูดวงอาทติ ย�โดยตรง เพราะอาจเปน� อนั ตราย ตอ� ดวงตาได�4. เตือนนักเรียนให�ประกอบอุปกรณ�และต�อวงจรไฟฟ�าของชุดศึกษาสเปกตรัมของธาตุให� เสรจ็ กอ� น แล�วจึงเปด� สวิตช�ไฟฟ�าตวั อยา� งผลการทดลอง แหล�งกําเนิดแสง ผลที่ได�จากการสังเกตแสงจากดวงอาทิตย� ปรากฏเป�นแถบสีต�าง ๆ ต�อเนื่องคล�ายแถบ ของรุ�งแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต� มีทั้งแถบสีต�อเนื่องและเส�นสีเข�มบนแถบสี เช�น เส�นสีเหลืองบนแถบสีเหลือง เส�นสีเขียว บนแถบสีเขียวแสงจากหลอดบรรจุแก�สไฮโดรเจน มองเห็นเป�นเส�นสีคราม น้ําเงิน และ แดงแสงจากหลอดบรรจุแก�สฮีเลียม มองเห็นเป�นเส�นสีม�วง เขียว และ ส�ม (มองเห็นสีละหลายเส�น)สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 77 แหล�งกําเนิดแสง ผลที่ได�จากการสังเกตแสงจากหลอดบรรจุแก�สนีออน มองเห็นเป�นเส�นสีเหลือง ส�ม และ แดง (มอง เห็นสีละหลายเส�น และมีจํานวนเส�นมากกว�า แก�สฮีเลียม) และมองเห็นม�วงอ�อน (เห็นจาง ๆ)แสงจากหลอดบรรจุไอปรอท มองเห็นเป�นเส�นสีม�วง เขียว (มองเห็นสีละ หลายเส�น และมีจํานวนเส�นมากกว�าแก�ส ฮีเลียมแต�น�อยกว�านีออน) และเห็นสีส�ม (มองเห็นหลายเส�นแต�เห็นจาง ๆ)หมายเหตุ ผลการทดลองทีแ่ สดงในตาราง สงั เกตผ�านแผน� เกรตตง้ิ 13,400 เสน� /นว้ิอภปิ รายผลการทดลอง1. แผ�นเกรตติงทาํ หน�าท่แี ยกแสงทม่ี คี วามยาวคลืน่ แตกตา� งกนั ออกเปน� แสงสตี �าง ๆ คลา� ย กบั ปรซิ มึ2. แสงจากแหลง� กาํ เนดิ แสงตา� งๆเมอ่ื ผา� นแผน� เกรตตงิ จะใหแ� ถบสหี รอื สเปกตรมั แตกตา� งกนั เช�นเมือ่ ใช�แผ�นเกรตตงิ สอ� งดแู สงขาวจากดวงอาทิตยจ� ะมองเห็นแถบสตี �าง ๆ ตอ� เนอ่ื งกัน แต�เมื่อส�องดูแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต� มีทั้งแถบสีต�อเนื่องและเส�นสีเข�มบนแถบสี เช�น เส�นสีเหลืองบนแถบสีเหลือง เส�นสีเขียวบนแถบสีเขียว เมื่อสังเกตเส�นสเปตรัม ของไฮโดรเจนจะเห็นเปน� เส�นสี (ไม�ได�เปน� แถบต�อเนอื่ ง)3. ผลการทดลองทไี่ ดอ� าจแตกตา� งจากการทดลองของนักวิทยาศาสตร� เน่ืองจากข�อจาํ กดั ของเครอ่ื งมอื การรบกวนของแสง และป�จจยั อน่ื ๆ เชน� ในการสังเกตเสน� สเปตรัมของ ไฮโดรเจนอาจเหน็ เพยี ง 3 เสน� ซ่งึ ไมส� อดคล�องกับรปู ที่ 2.7 ในหนังสอื เรียน คราม นํา้ เงิน แดง ผลการสังเกตท่เี ป�นไปได� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 178 4. เสน� สเปกตรมั แต�ละสปี รากฏในตาํ แหนง� ตา� งกนั เน่ืองจากมคี วามยาวคลืน่ และพลังงาน แตกตา� งกัน สรปุ ผลการทดลอง 1. สเปกตรมั ของแสงขาวทส่ี ังเกตผ�านเกรตตงิ มลี ักษณะเป�นแถบสีตอ� เนื่อง 2. สเปกตรัมของหลอดฟลูออเรสเซนต�ท่ีสังเกตผ�านเกรตติงมีลักษณะเป�นแถบสีต�อ เนื่องและอาจเหน็ เสน� สีเข�มบางเส�นเด�นขนึ้ มา 3. สเปกตรัมของธาตุที่สังเกตผ�านเกรตติงมีลักษณะเป�นเส�น โดยธาตุแต�ละชนิดจะให�สี จํานวนเสน� และตําแหนง� ท่ีเกดิ แตกตา� งกนั 18. ครใู หน� กั เรยี นตอบคาํ ถามชวนคิดโดยอาจใหน� กั เรยี นสบื ค�น จากนั้นรว� มกันอภิปรายเพ่อืเฉลยคําตอบโดยครูคอยชี้แนะ ชวนคิด นอกจากแผ�นเกรตติงแล�วยังมีอุปกรณ�หรือเครื่องมืออื่นที่สามารถนํามาใช�ส�องดูเส�น สเปกตรมั ของธาตไุ ด�อีกหรือไม� กล�องสเปกโทรสโคป 19. ครใู หน� ักเรยี นศึกษาแถบสเปตรัมของแสงขาวและเส�นสเปกตรัมของธาตใุ นรปู ที่ 2.7 เพ่อืเปรียบเทียบความเหมือนและความแตกต�างระหว�างธาตุต�าง ๆ จากนั้นให�นักเรียนคํานวณค�าพลังงานของเสน� สเปกตรัมแต�ละเส�นของไฮโดรเจน โดยกําหนดให�เส�นสเปกตรมั ทมี่ องเหน็ มีความยาวคลน่ื 410 434 486 และ 656 นาโนเมตร ตามลําดับ จากน้นั ใหน� ักเรยี นนาํ ผลการคาํ นวณไปเปรียบเทยี บกบั คา� พลังงานในตาราง 2.2 20. ครตู งั้ คําถามวา� เส�นสเปกตรัมที่เหน็ เกดิ จากอิเล็กตรอนดูดหรอื คายพลังงาน คําตอบทีค่ วรไดค� ือคา� พลังงานของเส�นสเปกตรมั ท่คี าํ นวณไดส� อดคลอ� งกับขอ� มลู ในตาราง 2.2 และเส�นสเปกตรัมท่ีเห็นเกิดจากอิเล็กตรอนคายพลังงาน 21. ครใู ห�นักเรยี นพจิ ารณาผลตา� งระหวา� งค�าพลังงานของเส�นสเปกตรมั ที่อยถ�ู ดั กัน จากนนั้ใหน� ักเรยี นอภิปรายวา� สอดคลอ� งกับกจิ กรรม 2.3 หรือไมอ� ย�างไร ซง่ึ ควรได�คําตอบวา� สอดคลอ� ง โดยตําแหน�งเสน� สีแดงกบั สีน้าํ เงนิ จะห�างกนั มากกวา� เสน� สนี ้าํ เงินกับครามสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 79 22. ครูตั้งคําถามว�า เส�นสเปกตรัมของไฮโดรเจนเกิดจากอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมี1 อิเล็กตรอนแต�จากการทดลองพบว�ามีเส�นสเปกตรัม 4 เส�นที่มีสีต�างกัน ระดับพลังงานของอิเลก็ ตรอนของไฮโดรเจนมคี า� เดียวหรอื ไม� อยา� งไร ควรได�คาํ ตอบวา� มีพลงั งานมากกว�า 1 ระดับโดยพลังงานของเสน� สเปกตรมั ท้ัง 4 ค�า แสดงให�ทราบถงึ ความแตกต�างระหว�างระดบั พลงั งาน ดงัตวั อย�าง ตัวอย�างคาํ ตอบท่เี ปน� ไปได�ของนักเรยี น ซง่ึ อาจยงั ไม�ถูกต�องหรอื ไม�สมบรู ณ� 23. ครูให�ความรู�เพิ่มเติมว�า นอกจากเส�นสเปกตรัมของไฮโดรเจนในช�วงคลื่นที่ตามองเห็นมี 4 เสน� แลว� นักวิทยาศาสตร�ยงั พบวา� อิเล็กตรอนของไฮโดรเจนคายพลังงานออกมาในรูปคลน่ืแมเ� หล็กไฟฟา� ในชว� งคลน่ื ทีต่ ามองไมเ� หน็ อกี เช�น อัลตราไวโอเลต อนิ ฟราเรด และจากการคํานวณพบว�าเส�นสเปกตรมั ของไฮโดรเจนท้งั 4 เส�น ทปี่ รากฏในชว� งคลืน่ ทีต่ ามองเห็น เกดิ จากอเิ ลก็ ตรอนคายพลงั งานเม่ือมีการเปล่ยี นระดบั พลังงานจากระดับชน้ั ทสี่ งู กวา� ลงมายงั ชนั้ ท่ีตํ่ากว�า ดงั รปู 2.8 ซ่งึอาจเปรียบเทยี บการคายพลงั งานได�ดังการกลง้ิ ตกบันไดของลกู บอลดังรูป 2.9 24. ให�นักเรียนพิจารณารูป 2.6 และ 2.8 อีกครั้ง จากนั้นถามคําถามว�า พลังงานที่อิเล็กตรอนของไฮโดรเจนคายออกมาเมอ่ื เปลี่ยนระดบั ท่สี ูงกวา� ลงมายัง n = 1 อยใ�ู นช�วงคลน่ื อัลตราไวโอเลตหรืออินฟราเรด ซง่ึ ควรได�คําตอบวา� เป�นช�วงอัลตราไวโอเลตเพราะการคายพลงั งานจากระดบั n ใด ๆ มาที่ n = 1 มีค�าพลงั งานมากกว�า n ใด ๆ มาท่ี n = 2 ซง่ึ สอดคลอ� งกับรปู 2.6 ทคี่ า� พลงั งานในช�วงคลืน่อัลตราไวโอเลตมีค�ามากกวา� อินฟราเรด 25. ครูให�ความรู�ว�า จากความรู�เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน ทําให� โบร�เสนอแบบจําลองอะตอมว�า อิเลก็ ตรอนจะเคล่อื นทรี่ อบนวิ เคลยี สเปน� วงคลา� ยกับวงโคจรของดาวเคราะหร� อบดวงอาทติ ย� และในแตล� ะวงจะมีระดับพลงั งานเฉพาะตวั ดังรูป2.10 26. ครูให�ความรู�ว�า ในสภาวะปกติอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนจะอยู�ในระดับพลังงานต่ําที่สุด(n = 1 หรอื K) หรอื ทเ่ี รยี กวา� สถานะพืน้ เมื่อไดร� ับพลังงานเพ่มิ ข้ึน อิเลก็ ตรอนจะถูกกระต�นุ ไปอยู�ในระดับพลังงานทส่ี งู ข้ึนท่ีเรยี กว�าสถานะกระตุ�น ซง่ึ ไม�เสถยี ร อเิ ล็กตรอนจึงกลับลงมายังระดบั พลังงานท่ตี าํ่ กว�าและมคี วามเสถยี รเพิม่ ขึ้น รวมทั้งคายพลังงานท่ปี รากฏเป�นเสน� สเปกตรัม สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมีเลม� 180 27. ครูให�นักเรียนตอบคําถามชวนคิดโดยอาจให�นักเรียนสืบค�น จากนั้นร�วมกันอภิปรายเพ่ือเฉลยคําตอบโดยครคู อยชแี้ นะ ชวนคดิ 1. จากรูป 2.7 การมองเห็นเส�นสีสเปกตรัมของปรอทมากกว�าไฮโดรเจนแปลความ หมายไดอ� ย�างไร การสังเกตเห็นจํานวนเส�นสเปกตรัมของปรอทมากกว�าของไฮโดรเจน แปล ความหมายได�ว�า จํานวนระดับพลังงานและจํานวนอิเล็กตรอนในอะตอมปรอทมี มากกว�าของอะตอมไฮโดรเจน 2. พราะเหตุใดแสงของดวงอาทิตย�และหลอดฟลูออเรสเซนต�เม่ือผ�านแผ�นเกรตติงจึง สงั เกตเหน็ เปน� แถบสเปกตรมั เนื่องจากเป�นสเปกตรัมของสารหลายชนิดไม�ใช�ของธาตุเพียงชนิดเดียว และ ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่ทําให�เกิดแถบสเปกตรัมมีจํานวนมากจนต�อเนื่องกัน เป�นแถบ 28. ครใู ห�นกั เรียนสงั เกตวัตถทุ ี่เคลอ่ื นท่อี ย�างรวดเรว็ เชน� ปลายปากกาทกี่ วัดแกว�ง จุดสบี นลกู ข�างท่ีกําลังหมนุ แลว� ใหเ� สนอแบบจําลองของตําแหน�งวตั ถุ จากนนั้ อธบิ ายความหมายของแบบจําลอง ซงึ่ ควรสรปุ ไดว� า� แบบจําลองการเคลอ่ื นท่ีของวัตถุไม�สามารถบอกตาํ แหน�งท่ีแน�นอนของวัตถุณ เวลาหน่ึง ๆ ได� แตเ� ป�นการแสดงตําแหน�งโดยเฉลี่ยหรือขอบเขตของโอกาสทีจ่ ะพบวัตถุเทา� นนั้ ครูเชื่อมโยงกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสซ่ึงเคล่ือนที่อย�างรวดเร็วตลอดเวลาในทิศทางทไี่ ม�แน�นอน 29. ใหน� ักเรียนพิจารณาแบบจาํ ลองอะตอมแบบกล�มุ หมอกในรปู 2.11 แลว� อภปิ รายร�วมกันว�า ความเข�มของกลม�ุ หมอกท่แี สดงในแบบจาํ ลองมคี วามหมายอย�างไร ซึ่งควรไดข� �อสรปุ วา� บรเิ วณท่ีเป�นกลมุ� หมอกทึบแสดงวา� มีโอกาสท่ีจะพบอเิ ลก็ ตรอนไดม� ากกวา� บรเิ วณทีเ่ ป�นกลมุ� หมอกจาง 30. ครใู หค� วามรเ�ู พม่ิ เตมิ วา� แบบจาํ ลองแบบกลม�ุ หมอกคาํ นวณไดโ� ดยใชส� มการทางคณติ ศาสตร� 31. ครูใหน� ักเรียนทาํ แบบฝ�กหัด 2.1 แล�วนาํ มาเฉลยร�วมกนัสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 81แนวการวัดและประเมินผล 1. ความรู�เกี่ยวกับวิวัฒนาการของแบบจําลองอะตอม การทดลองของนักวิทยาศาสตร�ที่เกี่ยวข�องกับแบบจําลองอะตอม จากการทํากิจกรรม การอภิปราย การทําแบบฝ�กหัด และการทดสอบ 2. ทักษะการสังเกต การหาความสัมพันธ�ระหว�างสเปสกับสเปสและสเปสกับเวลา การลงความเหน็ จากขอ� มลู การสร�างแบบจาํ ลอง การคดิ และแก�ป�ญหา การใชเ� ทคโนโลยีสารสนเทศการสือ่ สาร การทาํ งานร�วมกัน จากการทาํ กิจกรรม การอภิปรายและนําเสนอ และจากการสงั เกตพฤติกรรมขณะทาํ กิจกรรม 3. จิตวิทยาศาสตร�/เจตคติด�านความมีเหตุผล ความใจกว�าง และความเชื่อและค�านิยมที่เก่ียวข�องกบั วทิ ยาศาสตร� ความรว� มมือช�วยเหลือและความรบั ผดิ ชอบ จากการสังเกตพฤติกรรมขณะอภปิ ราย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 182 แบบฝ�กหดั 2.11. เส�นสเปกตรัมเส�นหนึ่งของธาตุซีเซียมมีความยาวคลื่น 456 nm จะปรากฏเป�นสีใด เส�นสเปกตรัมของธาตุซีเซียมมีความยาวคลื่น 456 nm จะปรากฏเป�นสีคราม – น้ําเงิน2. เหตุใดเส�นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนจึงมีหลายเส�นทั้ง ๆ ที่เป�นธาตุที่มีเพียง 1 อิเล็กตรอน เพราะว�าอิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนถูกกระตุ�นให�ไปอยู�ในสถานะ กระตุ�นที่มีพลังงานแตกต�างกันได�หลายระดับ ดังนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนระดับพลังงาน ของอิเล็กตรอนจากระดับสูงมายังระดับต่ํา จึงคายพลังงานส�วนเกินออกมาในรูปของ เส�นสเปกตรัมได�หลายค�า3. จากรูปแสดงการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน กําหนดอนุกรมต�อไปนี้อยู�ในช�วงอัลตราไวโอเลต ช�วงที่ตามองเห็น และช�วงอินฟาเรดสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 83 ถ�า “อนุกรม ข” คือช�วงที่ตามองเห็น อนุกรมใดคือช�วงอัลตราไวโอเลต และอินฟาเรด ตามลําดับ จากรูปจะเห็นว�า อนุกรม ก มีการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนใน ช�วงระดับพลังงานห�างกันมากกว�า อนุกรม ข ซึ่งเป�นช�วงที่ตามองเห็น จึงควรมีพลังงาน มากกว�า ดังนั้น อนุกรม ก จึงควรอยู�ในช�วงอัลตราไวโอเลต ส�วน อนุกรม ค มีการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนใน ช�วง ระดับพลังงานห�างกันน�อยกว�า อนุกรม ข จึงควรมีพลังงานน�อยกว�า ดังนั้น อนุกรม ค จึงควรอยู�ในช�วงอินฟาเรด4. จงเขียนผังมโนทัศน� (concept map) เพื่ออธิบายวิวัฒนาการแบบจําลองอะตอม ผงั มโนทศั น� (concept map) เพอ่ื อธบิ ายววิ ฒั นาการแบบจาํ ลองอะตอมอาจเขยี นไดด� งั น้ี แบบจําลองอะตอม ได�แก�แบบจําลองดอลตัน ทอมสัน รัทเทอร�ฟอร�ด โบร� กลุ�มหมอกอธิบายแทนด�วย อธิบายว�า อธิบายว�า อธิบายว�า อธิบายว�า ทรงกลม ป ร ะ ก อ บ ด� ว ย ป ร ะ จุ มีนิวเคลียสขนาด อิ เ ล็ ก ต ร อ น ก ลุ� ม ห ม อ ก ร อ บแสดงด�วย บวกและมีอิเล็กตรอน เ ล็ ก ม า ก อ ยู� ภ า ย เ ค ลื่ อ น ที่ ร อ บ นิ ว เ ค ลี ย ส บ ริ เ ว ณ กระจายอยู�ทั่วไป ใ น แ ล ะ มี อิ เ ล็ ก นิ ว เ ค ลี ย ว เ ป� น ที่ ทึ บ มี โ อ ก า ส ต ร อ น เ ค ลื่ อ น ที่ วง แต�ละวงจะมี พ บ อิ เ ล็ ก ต ร อ น ไ ด� ม า ก ก ว� า บ ริ เ ว ณ ที่ แสดงด�วย อยู�รอบ ระดับพลังงาน จาง แสดงด�วย เฉพาะตัว - - -+ - -++-- แสดงด�วย แสดงด�วย +-- - + +- - 76 5 4 3 2 1 K L M N O PQ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ลม� 1842.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทปจดุ ประสงคก� ารเรียนรู� 1. เขียนและแปลความหมายสญั ลักษณ�นวิ เคลียรข� องธาตุ 2. อธบิ ายความหมายและยกตัวอย�างไอโซโทปของธาตุความเขา� ใจคลาดเคลอ่ื นท่อี าจเกิดขน้ึ ความเข�าใจที่ถูกต�อง ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ธาตุต�างชนิดกันอาจมีเลขมวลเท�ากันได� เช�น ธาตุต�างชนิดกันมีเลขมวลต�างกันเสมอ 14₆ C กับ 14 N มีเลขมวลเท�ากันคือ 14 7ในการเขียนสัญลักษณ�นิวเคลียร� เลขอะตอม ตามข�อกําหนดที่เป�นสากล ในการเขียนอยู�ด�านบน เลขมวลอยู�ด�านล�าง (สับสนกับ สัญลักษณ�นิวเคลียร�เลขอะตอมจะอยู�ด�านล�างตําแหน�งของเลขอะตอมในตารางธาตุ ซึ่งบาง ซ�ายของสัญลักษณ�ธาตุ และเลขมวลอยู�ด�านครั้งแสดงเลขอะตอมไว�ด�านบนของธาตุ) บนซ�ายของสัญลักษณ�ธาตุเ ล ข ที่ ป ร า ก ฏ ใ น สั ญ ลั ก ษ ณ� แ บ บ ย� อ ข อ ง เ ล ข ที่ ป ร า ก ฏ ใ น สั ญ ลั ก ษ ณ� แ บ บ ย� อ ข อ งไอโซโทปคือเลขอะตอม เช�น C-14 เลข 14 ไอโซโทปคือเลขมวล เช�น C-14 เลข 14 คือคือเลขอะตอม เลขมวลแนวการจดั การเรียนรู� 1. ครูทบทวนความร�ูเดิมว�าจากการทดลองของทอมสันทําให�ทราบว�าอิเล็กตรอนมีประจุเป�นลบ จากน้นั ถามคําถามว�าเมอื่ ทราบคา� ประจตุ �อมวลของอิเลก็ ตรอนแลว� นกั วิทยาศาสตรน� ําข�อมูลเหล�านั้นมาใช�หาค�าประจุและมวลของอิเล็กตรอนได�อย�างไร เพ่ือร�วมกันอภิปรายและนํานักเรียนเข�าสู�การศึกษาการทดลองของมิลลิแกน โดยครอู าจใชร� ูป 2.12 ประกอบการอธปิ รายและซกั ถามจนสรปุ ได�ว�า อิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 × 10-19 คูลอมบ� และมีมวล 9.11 × 10-28 กรมั 2. ครูต้งั คําถามว�า อนุภาคในอะตอมทเ่ี รยี นรม�ู าแล�วมีอนุภาคใดบา� ง ซึ่งนกั เรยี นควรตอบได�วา� อเิ ล็กตรอน และอนภุ าคทีม่ ีประจุเป�นบวก (นักเรยี นอาจทราบคําศพั ท� “โปรตอน” มาแล�วจากสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 85ระดับมธั ยมศกึ ษาตอนตน� ) ครนู าํ นักเรยี นเขา� สกู� ารศึกษาการทดลองของโกลด�ชไตน�และการศึกษาของรทั เทอร�ฟอรด� โดยครอู าจใช�รูป 2.13 ประกอบการอภิปรายจนสรปุ ได�วา� อนภุ าคบวกนั้นคือโปรตอน ซง่ึ มีประจเุ ท�าอิเลก็ ตรอนคอื 1.6 × 10-19 คลู อมบ� และมมี วล 1.673 × 10-24 กรัม ซง่ึ มคี า�มากกว�ามวลอิเลก็ ตรอนประมาณ 1,840 เท�า 3. ครูตง้ั คําถามวา� นอกจากอิเล็กตรอนและโปรตอนแลว� ยงั มอี นภุ าคชนิดอ่ืน ๆ ในอะตอมอีกหรือไม� เพื่อนํานักเรียนเข�าสู�การศึกษาการทดลองของแซดวิก จากนั้นให�ความรู�ว�านอกจากอเิ ล็กตรอนและโปรตอนแลว� ในอะตอมยังมอี นภุ าคนวิ ตรอน ซ่ึงอย�ูในนิวเคลยี สและเปน� กลางทางไฟฟ�า มีมวลใกล�เคียงกับโปรตอนคอื 1.675 × 10-24 กรัม 4. ครูให�นักเรียนศึกษาข�อมูลเกี่ยวกับสัญลักษณ� ประจุไฟฟ�าและมวลของอนุภาคโปรตอนนวิ ตรอน และอิเล็กตรอนในตาราง 2.3 แล�วเปรยี บเทยี บความเหมือนและความแตกตา� งของอนุภาคท้งั 3 ชนิด ซึ่งควรเปรยี บเทียบได�ว�าอเิ ลก็ ตรอนกบั โปรตอนมปี ระจุไฟฟา� เท�ากันแตช� นดิ ของประจุตรงข�ามกัน โปรตอนและนิวตรอนมมี วลใกล�เคยี งกัน จากนน้ั ถามคาํ ถามวา� อนุภาคชนดิ ใดท่มี ผี ลต�อมวลของอะตอม ซึ่งควรได�ข�อสรุปว�า มวลของอะตอมเกิดจากมวลของนิวตรอนและโปรตอนส�วนอิเล็กตรอนมีมวลน�อยมากเมื่อเทียบกับมวลของโปรตอนและนิวตรอนจึงไม�จําเป�นต�องนํามาพจิ ารณา 5. ครูตง้ั คาํ ถามว�า อนภุ าคชนดิ ใดท่ีบ�งบอกชนิดของธาตไุ ด� จากนนั้ จงึ ให�ความรวู� �า ธาตแุ ตล� ะชนิดมีจํานวนโปรตอนเฉพาะตัวและไม�ซ้ํากับธาตุอื่น ๆ จํานวนโปรตอนจึงใช�บ�งบอกชนิดของธาตุได� ตวั เลขแสดงจาํ นวนโปรตอนในอะตอมเรียกว�าเลขอะตอม ส�วนผลรวมของจํานวนโปรตอนกบันวิ ตรอนเรียกวา� เลขมวล 6. ครตู ั้งคาํ ถามให�นักเรยี นอภิปรายรว� มกันวา� จํานวนอนุภาคในอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันแตกต�างกนั ไดห� รือไม� อย�างไร ซ่งึ ควรสรปุ ไดว� �ามีจํานวนนวิ ตรอนแตกต�างกนั ได� 7. ครถู ามคําถามเพ่อื ใหน� กั เรียนอภิปรายวา� การท่ีธาตุมีจํานวนนิวตรอนแตกต�างกนั มผี ลตอ�เลขอะตอมและเลขมวลของธาตุหรอื ไม� อย�างไร ซึ่งควรได�ข�อสรุปว�า จํานวนนิวตรอนมีผลตอ� เลขมวลของธาตุ 8. ใหน� กั เรียนตอบคําถามตรวจสอบความเข�าใจ จากนัน้ ร�วมกันอภปิ รายเพอื่ เฉลยคาํ ตอบโดยครคู อยช้แี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ล�ม 186 ตรวจสอบความเข�าใจ โซเดยี มมี 11 โปรตอน และมี 12 นวิ ตรอน โซเดยี มมเี ลขอะตอมและเลขมวล เทา� กบั เทา� ใดตามลาํ ดบั โซเดยี มมเี ลขอะตอมเทา� กบั 11 และมเี ลขมวลเทา� กบั 11 + 12 = 23 9. ใหน� ักเรียนศกึ ษาสัญลกั ษณน� วิ เคลยี รข� องธาตุในรปู 2.14 แล�วตอบคาํ ถามวา� สญั ลกั ษณ�นิวเคลียร�ของธาตุมีองค�ประกอบใดบ�าง และอธิบายวิธีการเขียนได�อย�างไร ซึ่งควรสรุปได�ว�าสัญลักษณน� ิวเคลยี รข� องธาตุ สามารถแปลความหมายเป�น จํานวนโปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอนและชนดิ ของธาตไุ ด� จากนั้นใหค� วามรนู� กั เรยี นวา� ธาตชุ นิดเดียวกันแต�มเี ลขมวลแตกตา� งกนั จดั เป�นไอโซโทปกัน เช�น ไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป โดยมีเลขมวลเทา� กับ 1 2 และ 3 ทง้ั นคี้ รใู หน� ักเรยี นศึกษาสญั ลักษณน� ิวเคลยี ร�และชือ่ เฉพาะของแตล� ะไอโซโทปจากตาราง 2.4 10. ใหน� กั เรียนตอบคําถามตรวจสอบความเขา� ใจ จากนั้นรว� มกันอภิปรายเพอ่ื เฉลยคําตอบโดยครคู อยชแี้ นะตรวจสอบความเข�าใจธาตตุ า� งชนดิ กนั ตอ� งมเี ลขมวลตา� งกนั เสมอหรอื ไม�ธาตตุ า� งชนดิ กนั อาจมเี ลขมวลเทา� กนั ได� เชน� 14 C กบั 14 N แมจ� ะเปน� ธาตตุ า� งชนดิ แตม� ี 6 7เลขมวลเทา� กนั คอื 1411. ครใู หน� กั เรียนทาํ แบบฝ�กหดั 2.2 แล�วเฉลยคาํ ตอบรว� มกนัแนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู�เกี่ยวกับสมบัติบางประการของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน เลขอะตอมเลขมวล สัญลกั ษณน� วิ เคลยี รแ� ละความหมายของไอโซโทป จากการทาํ กิจกรรม การอภปิ ราย การทําแบบฝก� หดั และการทดสอบ 2. ทักษะการตีความหมายขอ� มลู และลงข�อสรปุ จากการอภิปราย 3. ทกั ษะการส่อื สารสารสนเทศและการรเ�ู ทา� ทันส่ือ และความร�วมมือ การทํางานเปน� ทีมและภาวะผ�นู าํ จากการสังเกตพฤตกิ รรมในการทาํ กจิ กรรมสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 87 แบบฝก� หดั 2.21. จงเขียนแผนผังเวนน�เปรียบเทียบสมบัติของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตรอน อนุภาคใน นิวตรอน นิวเคลียสประจไุ ฟฟ�าบวก เป�นกลางทางไฟฟ�าสัญลักษณ� p สัญลักษณ� n อนุภาคใน มีประจุไฟฟ�า อะตอม 1.602 × 10-19 คูลอมบ� ประจุไฟฟ�าลบ สัญลักษณ� e อิเล็กตรอน2. จากการทดลองของมิลลิแกน ถ�าพบว�าหยดน้ํามันที่ลอยนิ่งหยดหนึ่งมีค�าประจุเท�ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ� หยดน้ํามันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู�จํานวนเท�าใด จากการทดลองของมิลลิแกน ค�าประจุไฟฟ�าที่แฝงอยู�บนหยดน้ํามันของ 1 อิเล็กตรอน คือ 1.6 × 10-19 คูลอมบ� นั่นคือหยดน้ํามันที่ลอยนิ่งซึ่งมีประจุเท�ากับ 6.4 × 10-19 คูลอมบ� จํานวนอิเล็กตรอนที่เกาะอยู� = 1 e - × 6.4 × 10-19coulomb 1.6 × 10-19 coulomb สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเลม� 188 = 4 อิเล็กตรอนดังนั้น หยดน้ํามันนี้มีอิเล็กตรอนเกาะอยู� 4 อิเล็กตรอน3. ฮีเลียมมี 2 โปรตอน 2 นิวตรอน และ 2 อิเล็กตรอน มวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณ จากมวลของโปรตอนและนิวตรอน เทียบกับมวลที่คํานวณจากองค�ประกอบของ อนุภาคทั้งหมด ต�างกันร�อยละเท�าใด มวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณจากมวลของโปรตอนและนิวตรอน = มวล 2 โปรตอน + มวล 2 นิวตรอน = (2 × 1.673 × 10-24 g) + (2 × 1.675 × 10-24 g) = 6.696 × 10-24 gมวลของอะตอมฮีเลียมที่คํานวณจากองค�ประกอบทั้งหมด= มวล 2 โปรตอน + มวล 2 นิวตรอน + มวล 2 อิเล็กตรอน= (2 × 1.673 × 10-24 g) + (2 × 1.675 × 10-24 g) + (2 × 9.109 × 10-28 g)= 6.696 × 10-24 g + 1.8218 × 10-27 g≈ 6.696 × 10-24 g ดังนั้น มวลที่คํานวณได�แตกต�างกันอย�างไม�มีนัยสําคัญ4. จงเขียนสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของไอโซโทปต�าง ๆ ของธาตุ X ซึ่งมี 9 อิเล็กตรอนและมีนิวตรอน 9 10 และ 11 ตามลําดับสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของไอโซโทปต�าง ๆ ของธาตุ X เขียนได�ดังนี้18 X 19 X 20 X 9 9 95. พิจารณาสัญลักษณ�นิวเคลียร�ของธาตุสมมติต�อไปนี้40 A 4128B 1409C 40 D และ 4221E ธาตุใดเป�นไอโซโทปกัน เพราะเหตุใด18 20ธาตุที่เป�นไอโซโทปกันคือ 40 A 4128B เพราะมีจํานวนโปรตอนเท�ากันคือ 18 18สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 892.3 การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมจุดประสงคก� ารเรียนรู� 1. บอกความแตกต�างของระดับพลงั งานหลัก พลังงานย�อย และออรบ� ทิ ลั 2. จดั เรียงอเิ ล็กตรอนในอะตอมเมอื่ ทราบเลขอะตอมของธาตุ พรอ� มทงั้ ระบุ หม�ู คาบ และกลุ�มของธาตุในตารางธาตุความเขา� ใจคลาดเคลื่อนทอ่ี าจเกิดขึน้ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�องกรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนจะนําอิเล็กตรอนที่มี กรณีที่ธาตุเสียอิเล็กตรอนให�บรรจุอิเล็กตรอน ตามปกติก�อน จากนั้นค�อยนําอิเล็กตรอนที่อยู�พลังงานสูงสุดออก เช�น ชั้นนอกสุดออก เช�นFe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6Fe2+ : 1s22s22p63s23p64s23d4 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 ไม�ใช� 1s22s22p63s23p64s23d4 หมายเหตุ เสีย 2 อิเล็กตรอนแนวการจัดการเรียนรู� 1. ครตู ้งั คําถามให�นกั เรียนอภิปรายว�า แบบจําลองอะตอมของโบวแ� ตกตา� งจากแบบจาํ ลองอะตอมของรัทเทอรฟ� อรด� อยา� งไร ควรไดข� �อสรุปว�า อิเล็กตรอนรอบนวิ เคลียสเคลื่อนทีเ่ ป�นวงคล�ายวงโคจรของดาวเคราะห�รอบดวงอาทติ ย� แตล� ะวงมีพลงั งานเฉพาะตวั แล�วนาํ เข�าส�เู รอื่ งการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตบุ างธาตุ 2. ครูใหน� กั เรยี นศกึ ษาข�อมลู ในตาราง 2.5 จากนั้นถามนกั เรยี นว�า ในระดับพลังงานที่ 1 และ2 มีจํานวนอเิ ลก็ ตรอนสูงสุดเท�าใด ซึง่ ได�คาํ ตอบวา� 2 และ 8 ตามลําดบั 3. ครูถามคําถามเพิ่มเติมว�า ถ�าในระดับพลังงานที่ 3 มีจํานวนอิเล็กตรอนสุงสุด 18อเิ ล็กตรอน ระดบั พลงั งานกับจํานวนอเิ ล็กตรอนสูงสดุ ในแตล� ะระดบั พลังงานมีความสมั พันธ�กนั หรือไม� อย�างไร ควรตอบไดว� �า จํานวนอิเลก็ ตรอนสงู สดุ กบั ระดับพลงั งานมคี วามสมั พนั ธด� งั น้ี คือ 2n2เมอ่ื n คือตัวเลขแสดงระดับพลงั งาน 4. ครูแสดงจํานวนอเิ ลก็ ตรอนในแต�ละระดบั พลงั งานของธาตุ K (2 8 8 1) และ Ca (28 8 2) จากนน้ั ตง้ั คาํ ถามวา� จากสตู ร 2n2 จํานวนอิเล็กตรอนสงู สุดในระดับพลังงานท่ี 3 ควรเปน� สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ เคมเี ลม� 19018 อิเลก็ ตรอน แตเ� พราะเหตุใดอิเล็กตรอนในระดบั พลังงานท่ี 3 ของธาตุ K และ Ca จึงมีเพียง 8อิเลก็ ตรอน เพ่อื นาํ เข�าสเู� ร่ือง ระดบั พลงั งานหลกั และระดับพลังงานย�อยของอิเลก็ ตรอนในอะตอม 5. ครูให�ความร�ูในเรื่องระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย�อยของอิเล็กตรอนในอะตอมตามรูป 2.15 ซ่ึงควรได�สาระสาํ คัญดงั นี้ 5.1. ในระดับพลังงานหลักแบ�งเป�นระดับพลังงานย�อย คอื s p d f ตามลาํ ดับ 5.2. ในระดับพลังงานหลักที่ 1–4 มจี ํานวนระดับพลงั งานยอ� ยต�าง ๆ ดงั นี้ พลังงานหลักที่ 1 มรี ะดับพลงั งานย�อยคือ 1s พลงั งานหลกั ที่ 2 มรี ะดบั พลังงานยอ� ยคอื 2s 2p พลังงานหลกั ที่ 3 มีระดับพลังงานยอ� ยคือ 3s 3p 3d พลังงานหลกั ที่ 4 มรี ะดบั พลังงานย�อยคอื 4s 4p 4d 4f 5.3. ระดบั พลังงานย�อยในระดบั พลังงานหลักเดียวกันมีคา� พลังงานแตกต�างกนั เชน� 2p มีพลังงานมากกว�า 2s 5.4. ลําดับระดับพลังงานท่ีบรรจุอิเล็กตรอนไม�จําเป�นต�องเรียงตามพลังงานหลัก เสมอ เชน� 4s มีพลังงานตาํ่ กวา� 3d ดังนั้นจงึ บรรจอุ เิ ลก็ ตรอนใน 4s ก�อน 3d 6. ครูอธบิ ายความหมายของคาํ ว�าออรบ� ิทลั จากน้นั ใหน� กั เรยี นศึกษารปู 2.16 และตาราง 2.6และร�วมกนั อภิปรายว�า ในแตล� ะระดับพลังงานย�อยมีจาํ นวนออร�บทิ ลั เท�ากนั หรอื ไม� อยา� งไร และจํานวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดบั พลงั งานยอ� ยมีเท�าไร ซ่ึงควรไดค� ําตอบว�า ในแต�ละระดับพลังงานยอ� ยมีจํานวนออรบ� ิทัลแตกตา� งกัน และในแตล� ะออรบ� ทิ ลั มีจํานวนอเิ ล็กตรอนสงู สดุ 2 อิเล็กตรอนโดยที่ ระดบั พลงั งานยอ� ย s มี 1 ออร�บิทลั มจี ํานวนอิเลก็ ตรอนสงู สุด 2 ระดบั พลงั งานยอ� ย p มี 3 ออร�บิทัล มีจํานวนอิเล็กตรอนสูงสุด 6 ระดับพลงั งานยอ� ย d มี 5 ออรบ� ิทลั มีจํานวนอิเล็กตรอนสูงสดุ 10 ระดับพลงั งานยอ� ย f มี 7 ออรบ� ิทัล มีจํานวนอเิ ลก็ ตรอนสูงสดุ 14 7. ครใู หค� วามรแ�ู ละยกตัวอย�างเกย่ี วกับการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอนของธาตุ ดังน้ี 7.1. บรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออรบ� ิทลั ท่มี ีพลงั งานตา่ํ สดุ และว�างกอ� นเสมอ 7.2. การบรรจอุ เิ ล็กตรอนในออรบ� ทิ ัล มลี ําดับเปน� ดงั นี้ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p …… หรือมีลําดบั ตามแผนภาพในรูป 2.17 7.3. ครใู ห�นักเรียนดูรปู 2.18 และอธิบายว�า สัญลักษณแ� สดงการจัดเรยี งอเิ ล็กตรอน ในอะตอม ให�เขียนตัวเลขแสดงระดับพลังงานหลักตามด�วยตัวอักษรแสดงระดับ พลังงานย�อย และจํานวนอิเล็กตรอนในออร�บิทัลด�วยเลขยกกําลังบนตัวอักษรสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 91 เช�น 2s2 มีความหมายดงั น้ี 2 คอื พลงั งานหลัก s คอื พลงั งานย�อย และ 2 ทเี่ ขียน เป�นเลขยกกําลังคอื จํานวนอเิ ล็กตรอนทบ่ี รรจุอยใู� นออรบ� ิทลั 2s 8. ครใู ห�นักเรียนเขียนการจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนของธาตุที่มเี ลขอะตอม 1-12 (อาจแบ�งให�กลม�ุหนึง่ เขยี นของธาตุท่ีมีเลขอะตอมเปน� เลขค่ี อีกกลุ�มหนึง่ เขยี นทีเ่ ป�นเลขคู�) แลว� นําไปตรวจสอบกบัขอ� มลู ในตาราง 2.7 จากน้นั ยอ� นกลับไปตอบคําถามวา� เพราะเหตใุ ดอิเลก็ ตรอนในระดับพลังงานที่ 3ของธาตุ K และ Ca จึงมเี พยี ง 8 อิเล็กตรอน 9. ครใู หค� วามร�ูเพิ่มเตมิ ว�า การจดั เรยี งอิเลก็ ตรอนในอะตอมอาจเขยี นแบบยอ� โดยแทนการจดั เรยี งอเิ ล็กตรอนบางส�วนดว� ยแกนแก�สมสี กุล (noble gas core) ซึ่งใช�สญั ลกั ษณข� องแกส� มีสกลุ ทอ่ี ยู�ในคาบก�อนหน�าไว�ในวงเล็บเหล่ยี ม ตามด�วยสัญลักษณ�แสดงการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานยอ� ยท่ีอย�ชู น้ั ถดั ออกไป เช�น โซเดียม จัดเรียงอเิ ล็กตรอนเปน� 1s22s22p63s1 เขยี นโดยใช�แกนแก�สมีสกลุ เป�น [Ne]3s1 โดย [Ne] หมายถงึ แกนนอี อนซงึ่ แทนการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอน 1s22s22p6 10. ครใู หน� ักเรยี นพิจารณาการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุในตาราง 2.7 อีกครั้งแล�วใหค� วามรู�ว�าอิเล็กตรอนในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมเรียกว�าเวเลนซ�อิเล็กตรอน เช�นฟลูออรนี จดั เรยี งอเิ ล็กตรอนเป�น 1s22s22p5 มีจํานวนเวเลนซอ� ิเล็กตรอนเท�ากบั 7 แลว� ใหน� ักเรยี นระบวุ �าธาตุในตาราง 2.7 แตล� ะธาตมุ จี าํ นวนเวเลนซ�อิเล็กตรอนเท�าใด จากนนั้ ครูกับนักเรยี นร�วมกนัเฉลย ความรเ�ู พม่ิ เตมิ สาํ หรบั ครู อะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู�เต็มทุกออร�บิทัลที่มีระดับพลังงานเท�ากัน เช�น ธาตุฮีเลียม มี 2 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 1s2 หรือธาตุนีออน มี 10 อิเล็กตรอน จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 1s22s22p6 การจัดอิเล็กตรอนลักษณะนี้เรียกว�า การบรรจุเต็ม ถ�ามี อิเล็กตรอนบรรจุอยู�ในออร�บิทัลเพียงครึ่งเดียว เช�น ธาตุไนโตรเจน มี 7 อิเล็กตรอน จัดเรียง อิเล็กตรอนเป�น 1s22s22p3 ลักษณะนี้เรียกว�า การบรรจุครึ่ง อะตอมที่จัดอิเล็กตรอนเป�น แบบบรรจุเต็มหรือบรรจุครึ่ง จะมีความเสถียร 11. ครูตั้งคาํ ถามวา� การที่ธาตเุ กดิ เปน� ไอออน มีการเปล่ยี นแปลงจาํ นวนอนภุ าคชนดิ ใดของอะตอม ควรได�คาํ ตอบว�า อเิ ลก็ ตรอน ซึง่ ไอออนลบเกิดจากอะตอมรบั อิเลก็ ตรอนเพมิ่ เข�ามา ส�วนไอออนบวกเกดิ จากอะตอมเสยี อิเลก็ ตรอนออกไป สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 192 12. ให�ความรูเ� ก่ียวกับการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอน ดงั นี้ 12.1 กรณีที่ธาตไุ ด�รบั อเิ ลก็ ตรอน ให�บรรจุอิเล็กตรอนปกติรวมกับอเิ ลก็ ตรอนท่ีรบั เข�ามา ตามลําดบั ระดบั พลงั งานโดยอาศยั แผนภาพตามหลกั เอาฟบาว เชน� N : 1s22s22p3 N3- : 1s22s22p6 (รบั เพิ่ม 3 อิเล็กตรอน) 12.2 กรณที ธ่ี าตเุ สยี อเิ ลก็ ตรอน ใหบ� รรจอุ เิ ลก็ ตรอนตามปกตกิ อ� น จากนน้ั จงึ นาํ อเิ ลก็ ตรอน ทีอ่ ยชู� น้ั นอกสดุ ออก เชน� Al : 1s22s22p63s23p1 Al3+ : 1s22s22p6 (เสีย 3 อเิ ล็กตรอน) Fe : 1s22s22p63s23p64s23d6 Fe2+ : 1s22s22p63s23p63d6 (เสีย 2 อเิ ล็กตรอน) ไมใ� ช� 1s22s22p63s23p64s23d4 13. ใหน� ักเรยี นทาํ แบบฝ�กหัด 2.3 แล�วครูกบั นกั เรยี นร�วมกันเฉลยแนวการวดั และประเมินผล 1. ความรู�เกี่ยวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ระดับพลังงานยอ� ยหรือออร�บิทัล จํานวนเวเลนซ�อิเล็กตรอน จากการอภิปราย การทํากิจกรรม การทําแบบฝ�กหัด และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสอ่ื สารสารสนเทศและการร�เู ทา� ทันส่ือ และความร�วมมอื การทํางานเป�นทีมและภาวะผู�นาํ จากการทาํ กิจกรรมสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ล�ม 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 93แบบฝก� หัด 2.31. ธาตุวาเนเดียมและแคดเมียม มีเลขอะตอม 23 และ 48 ตามลําดับ จงแสดงการจัด เรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อยและจํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก ของธาตุทั้งสอง ธาตุวาเนเดียมมีเลขอะตอม 23 จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d3 หรือ [Ar]4s23d3 จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 11 2ธาตุแคดเมียมมีเลขอะตอม 48จัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อย คือ 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10หรือ [Kr]5s24d10จํานวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก คือ 2 8 18 18 22. ถ�าธาตุ A B และ C มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ ธาตุ A 1s22s22p63s23p2 ธาตุ B 1s22s22p63s2 ธาตุ C 1s22s22p63s23p6 2.1. ธาตุ A B และ C มีเลขอะตอมเท�าใด ธาตุ A มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14 ธาตุ B มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 = 12 ธาตุ C มีเลขอะตอม = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18 2.2. ธาตุแต�ละชนิดมีอิเล็กตรอนอยู�ในระดับพลังงานใดบ�าง และมีจํานวนเท�าใด ธาตุแต�ละชนิดมีจํานวนอิเล็กตรอนในแต�ละระดับพลังงานดังนี้ จาํ นวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานตา� ง ๆธาตุ n=1 n=2 n=3A2 84 สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมีเล�ม 194 จํานวนอิเลก็ ตรอนในระดบั พลังงานตา� ง ๆธาตุ n=1 n=2 n=3B2 82C2 883. จงระบุสัญลักษณ�ของธาตุที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังต�อไปนี้3.1 [Ar]4s23d104p2 3.2 [Ne]3s23p3 3.3 [Kr]5s24d53.1. ธาตุ Ar มีเลขอะตอม 18 มี 18 อิเล็กตรอนเมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 18 + 2 + 10 + 2 = 32 อิเล็กตรอนธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 32 นั่นคือ ธาตุ Ge3.2. ธาตุ Ne มีเลขอะตอม 10 มี 10 อิเล็กตรอนเมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 10 + 2 + 3 = 15 อิเล็กตรอนธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 15 นั่นคือ ธาตุ P3.3. ธาตุ Kr มีเลขอะตอม 36 มี 36 อิเล็กตรอนเมื่อรวมจํานวนอิเล็กตรอนทั้งหมดจะได� 36 + 2 + 5 = 43 อิเล็กตรอนธาตุนี้มีเลขอะตอมเป�น 43 นั่นคือ ธาตุ Tc4. จงเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย�อยของ Zn2+ Cu+ และ S2- Zn2+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย�อเป�น [Ar]3d10 Cu+ จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p63d10 หรือเขียนย�อเป�น [Ar]3d10 S2- จัดเรียงอิเล็กตรอน 1s22s22p63s23p6 หรือเขียนย�อเป�น [Ne]3s23p6หมายเหตุ กรณี S2- ถ�านักเรียนเขียนคําตอบเป�น [Ar] ครูควรอธิบายนักเรียนว�า การเขียน [Ar] ไม�สอดคล�องตามหลักการเขียน เพราะ Ar ไม�ใช�แก�สมีสกุลที่อยู�ในคาบก�อนหน�า Sสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเล�ม 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 952.4 ตารางธาตแุ ละสมบตั ิของธาตหุ มูห� ลักจุดประสงคก� ารเรียนร�ู 1. บอกแนวคิดของนักวิทยาศาสตร�ในยุคต�าง ๆ เกี่ยวกับการจัดธาตุเป�นหมวดหมู�จนได�เป�นตารางธาตุ พร�อมท้ังระบุป�ญหาของการจัดกลม�ุ ธาตุ 2. จําแนกธาตุเปน� กล�มุ โลหะ อโลหะ และกึง่ โลหะ หรือเปน� กลุ�มธาตเุ รพรีเซนเททีฟหรอืธาตุหม�หู ลกั ธาตุแทรนซชิ ัน หรอื ตามการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอน เม่อื ทราบเลขอะตอม 3. วิเคราะห�และสรุปแนวโน�มสมบัติต�าง ๆ ของธาตุตามหมู�และคาบเกี่ยวกับขนาดอะตอมรศั มไี อออน พลงั งานไอออไนเซชัน อิเลก็ โทรเนกาติวิตี สมั พรรคภาพอเิ ล็กตรอนพรอ� มท้งั อธบิ ายเหตผุ ลประกอบความเข�าใจคลาดเคลื่อนท่อี าจเกิดขึน้ ความเข�าใจที่ถูกต�อง ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ธาตุ H เป�นธาตุอโลหะจึงไม�จัดอยู�ในกลุ�ม ธาตุ H อยู�ในกลุ�มโลหะแอลคาไล โลหะแอลคาไลเลขมวลกับมวลอะตอมคือส่งิ เดียวกันเน่อื งจาก สั ญ ลั ก ษ ณ� ใ น ต า ร า ง ธ า ตุ ป ร ะ ก อ บ ด� ว ยสับสนกับตัวเลขที่ปรากฏในตารางธาตุกับ สัญลักษณ�ของธาตุ เลขอะตอม และมวลสัญลักษณ�นิวเคลียร� อะตอม (ไม�ใช�เลขมวล)ในคาบเดียวกัน ค�า IE1 ของหมู� IIIA มีค�า ในคาบเดียวกัน ค�า IE1 ของหมู� IIIA มีค�าน�อยมากกว�าหมู� IIA และ ค�า IE1 ของหมู� VIA มี กว�าหมู� IIA และ ค�า IE1 ของหมู� VIA มีค�ามากกว�าหมู� VA ค�าน�อยกว�าหมู� VAจากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช�น จากการจัดเรียงอิเล็กตรอน เช�นGa 1s22s22p63s23p64s23d104p1 Ga 1s22s22p63s23p64s23d104p1เวลาระบุว�าอยู�หมู�ใด จะพิจารณาเฉพาะระดับ เวลาระบวุ า� อยห�ู มใ�ู ด ตอ� งรวมจาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนพลังงานย�อยสุดท�าย คือ 4p1 ทําให�เข�าใจว�า ในระดับพลังงานนอกสุด ซ่งึ ในกรณนี ี้คือ คืออยู�หมู� IA 4s2 + 4p1 ดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอนเท�ากับ 3 จึง อยู�หมู� IIIA สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ เคมเี ลม� 196ความเข�าใจคลาดเคลื่อน ความเข�าใจที่ถูกต�องในการศึกษาแนวโน�มสมบัติของธาตุ คําว�า คําว�าตามหม�ู คือ การเปรียบเทยี บสมบัตขิ องตามหมู� คือ เปรียบเทียบหมู� IA IIA IIIA ธาตใุ นหมเ�ู ดียวกันแต�ต�างคาบ ส�วนคาํ ว�าตาม........ ส�วนคําว�าตามคาบคือ เปรียบเทียบคาบ คาบคือ เปรียบเทียบสมบัติของธาตุในคาบที่ 1 2 3 ……. เดยี วกนั แต�ต�างหม�ูส่อื การเรยี นรแู� ละแหล�งการเรยี นร�ู โปสเตอร�ตารางธาตุแนวการจดั การเรยี นร�ู 1. ครตู ้งั คําถามเพือ่ ให�นกั เรียนร�วมกนั อภิปรายวา� เพราะเหตใุ ดจงึ ต�องจัดธาตเุ ป�นหมวดหมู�ถ�าใชเ� กณฑ�การจดั กลุม� แตกตา� งกัน จะได�ธาตุในกลุ�มเหมอื นกนั หรอื ไม� ซึง่ นักเรียนควรคาํ ตอบวา� เพอ่ืใหง� า� ยตอ� การศกึ ษาและจดจาํ การจดั กลมุ� ดว� ยเกณฑท� ่ีแตกต�างกนั จะไดธ� าตใุ นกลม�ุ ไม�เหมอื นกันจากนั้นนําเขา� สูเ� ร่ืองววิ ฒั นาการของการสร�างตารางธาตุ 2. แบ�งนักเรยี นเป�น 4 กลุ�ม ใหแ� ต�ละกล�ุมศกึ ษาแนวคิดของนกั วิทยาศาสตรแ� ตล� ะคนทใี่ ช�จัดธาตุเป�นหมวดหมู� แล�วนําเสนอผลการศึกษาในรปู แบบตา� ง ๆ ตามความคิดของกลุ�มใหเ� พอื่ นรบั ฟง�และซักถาม ซงึ่ ควรได�สาระสําคัญวา� เดอเบอไรเนอร� จัดธาตุเป�นกลุ�ม ๆ ละ 3 ธาตตุ ามสมบัตทิ ี่คล�ายกนั และพบวา� ธาตุกลางจะมีมวลอะตอมเป�นค�าเฉลย่ี ของมวลอะตอมของอกี สองธาตุดงั ตาราง 2.8นิวแลนด� จดั กล�มุ ธาตตุ ามมวลอะตอมจากนอ� ยไปมากและพบว�าธาตุที่ 8 จะมีสมบัติเหมอื นกับธาตุที่ 1 เสมอ (ทั้งนี้ไม�รวม H กับ แกส� มสี กุล) ไมเออร� ดมิ ิทรี และเมนเดเลเอฟ จดั เรียงธาตเุ ปน� กล�ุมตามมวลอะตอมจากนอ� ยไปมากและสมบัติที่คลา� ยกนั เป�นชว� ง ๆ รวมทงั้ เวน� ช�องว�างไว� โดยคดิ วา� น�าจะเป�นตาํ แหนง� ของธาตทุ ีย่ ังไม�มกี ารค�นพบ ใชต� าราง 2.9 ประกอบการนําเสนอ โมสลีย� จัดเรียงธาตุเป�นกลม�ุ ตามเลขอะตอม เน่ืองจากสมบตั ติ า� ง ๆ ของธาตุมีความสมั พนั ธ�กบั ประจุบวกในนวิ เคลียสหรือเลขอะตอม 3. ครูใหน� ักเรียนศึกษาตารางธาตจุ ากปกหนังสือเรยี น หรือจากโปสเตอร�แสดงตารางธาตุที่อยู�หนา� ช้นั เรียน จากนั้นตงั้ คําถามเพื่อการอภิปรายวา� แถวของธาตุในแนวตง้ั และแนวนอนมีกแี่ ถว ในกรอบสเ่ี หล่ยี มท่ลี �อมรอบธาตุไฮโดรเจน ธาตฮุ เี ลียมหรือธาตุอืน่ ๆ มีข�อมูลเรอ่ื งใดบา� ง และมขี อ� มลูนนั้ เหมอื นกนั ทกุ กรอบหรือไม� ธาตุในตารางธาตจุ ากซ�ายไปขวาเรยี งลาํ ดบั ตามส่ิงใด 4. ครูให�ความรเู� กย่ี วกับตารางธาตปุ �จจุบันโดยใชร� ูป 2.19 ประกอบ โดยอธบิ ายว�าตารางธาตุสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมเี ลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 97เรยี งตามเลขอะตอมจากซ�ายไปขวา แถวธาตุในแนวตั้งเรียกว�าหมู� มจี าํ นวน 18 หม�ู นอกจากน้ียังแบ�งได�เปน� หม�ู A และ หมู� B โดยธาตุบางหมม�ู ชี อ่ื เรยี กเฉพาะ เชน� ธาตุหม�ู 1 หรือ IA ยกเวน� H คือโลหะแอลคาไลน� ธาตุหมู� 18 หรือ VIIIA ยกเวน� Og คอื แกส� มีสกลุ สว� นธาตุในแนวนอนเรยี กว�าคาบ มีท้ังหมด 7 คาบ ธาตใุ นกรอบส่เี หลยี่ มมีขอ� มลู ตา� ง ๆ เชน� สญั ลกั ษณธ� าตุ เลขอะตอม มวลอะตอม และสมบตั คิ วามเปน� โลหะ 5. ครูตง้ั คาํ ถามว�า ถา� นําความร�ูเรอ่ื งการจัดเรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมมาใชเ� ปน� เกณฑ�แบ�งกลม�ุ ธาตุ จะไดธ� าตกุ ก่ี ลม�ุ ในแต�ละกลม�ุ มธี าตุใดบา� ง ครใู หน� กั เรียนร�วมกนั อภิปรายแลว� นําผลการอภิปรายไปเปรยี บเทยี บกบั รูป 2.20 ซ่งึ แบ�งกล�มุ ในตารางธาตุเป�น 4 กลม�ุ คอื กลุ�ม s p d และ f 6. ครใู หน� กั เรียนยกตวั อย�างธาตทุ เี่ ปน� โลหะ กงึ่ โลหะ อโลหะ เช�น นกั เรียนอาจยกตวั อยา� ง FeCa Si F จากนั้นต้งั คาํ ถามจากสิ่งทีน่ ักเรยี นยกตวั อยา� งวา� ธาตุเหล�านีม้ กี ารจดั เรยี งอิเล็กตรอนเป�นอย�างไร มีเวเลนซ�อเิ ล็กตรอนอยูเ� ท�าใด อย�ูตําแหนง� ใดของตารางธาตุ ท้งั นี้อาจใช�รปู จากปกในหนงั สอืเรียนหรือรูป 2.19 ประกอบ และควรได�คําตอบวา� Fe และ Ca อยด�ู �านซา� ยของตารางธาตุ Si อยู�ตรงขั้นบันได ส�วน F อยู�ด�านขวาของตารางธาตุ 7. ครูใหน� ักเรยี นพจิ ารณาตารางธาตุและตง้ั คําถามอีกวา� ธาตทุ มี่ ีจาํ นวนเวเลนซ�อเิ ล็กตรอน1 หรอื 2 นําไฟฟ�าและนําความรอ� นได�ดี ธาตกุ ลุ�มนคี้ วรอยส�ู ว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคืออยูท� างด�านซ�าย และถามคาํ ถามเพ่ิมเตมิ ว�าธาตตุ รงข้นั บันได (เวเลนซ�อิเลก็ ตรอน 3–7) นาํ ไฟฟ�าไดไ� มด� ีท่ีอุณหภูมิห�องแต�นาํ ไดด� ขี ้ึนเมอ่ื อณุ หภมู ิสงู ข้ึน อย�สู ว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคืออยู�ตรงกลางตารางธาตุ ครถู ามเพ่มิ เติมว�าธาตทุ ี่มจี าํ นวนเวเลนซอ� ิเลก็ ตรอน 4 5 6 7 หรือ 8 นําไฟฟา� ไดไ� ม�ดี บางธาตุมสี ถานะแก�ส ธาตกุ ล�มุ นี้ควรอยู�สว� นใดของตารางธาตุ คําตอบคอื อยูท� างดา� นขวา 8. ครใู ห�ความร�ูเกีย่ วกบั สมบัตคิ วามเป�นโลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะของธาตุ รวมถึงตาํ แหนง�ของกลมุ� ธาตุเหล�านนั้ ในตารางธาตุ ทัง้ นคี้ วรนําตารางธาตทุ ี่มกี ารจาํ แนกกล�มุ ธาตุด�วยสีต�าง ๆ กันมาใช�ประกอบการอธิบายดว� ย 9. ใหน� ักเรยี นยกตวั อย�างสมบตั ิตา� ง ๆ ของธาตุ จากความร�ูเรื่องตารางธาตุ ซึง่ อาจได�คําตอบวา� สมบัติความเปน� โลหะ อโลหะ และก่งึ โลหะ จาํ นวนระดับพลังงานหลักและพลังงานยอ� ย จํานวนเวเลนซอ� ิเล็กตรอน แล�วนําเขา� ส�ูเร่อื งสมบตั ิตา� ง ๆ ของธาตุในตารางธาตุ 10. ครูต้ังคาํ ถามว�า ถา� สมมตใิ ห�อะตอมของธาตตุ า� ง ๆ เปน� ลกู บาสเกต็ บอล ลกู ปง� ปอง หรอื วัตถุทรงกลมอืน่ ๆ เราจะหาขนาดอะตอมของธาตหุ รอื วัตถทุ รงกลมตา� ง ๆ ไดอ� ย�างไร ตวั อย�างคําตอบเช�น หาได�จากการวัดเสน� รอบวง และเม่อื ได�เส�นรอบวงแลว� อาจนาํ มาคํานวณหารศั มหี รือเสน� ผา� นศูนย�กลางได� 11. ครูใหค� วามร�เู รอ่ื งขนาดอะตอมของธาตุ ซ่งึ บอกเป�นคา� รศั มอี ะตอม มีคา� เทา� กับคร่ึงหนงึ่ของระยะระหว�างนิวเคลยี สของอะตอมทั้งสองอะตอมท่อี ยช�ู ดิ กัน สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ เคมเี ลม� 198 12. ครูตั้งคําถามว�า จํานวนระดับพลังงานหลักและพลังงานย�อยมีผลต�อขนาดอะตอมของธาตุหรือไม� อยา� งไร คาํ ตอบคือ มผี ลตอ� ขนาดอะตอมของธาตุ โดยอะตอมที่มีจํานวนระดับพลงั งานหลักมากจะเสมือนมีฉากหลายชั้นมากาํ บัง ทําให�แรงดึงดดู ของโปรตอนกบั เวเลนซ�อิเล็กตรอนลดลงอะตอมจะมีขนาดเพมิ่ ข้ึน ถา� อยใู� นระดบั พลังงานเดยี วกนั จาํ นวนโปรตอนทเ่ี พิ่มขึ้นจะดึงดูดเวเลนซ�อเิ ล็กตรอนไดม� ากข้นึ อะตอมจะมีขนาดเลก็ ลง 13. ครใู หน� กั เรยี นนาํ ความรูจ� ากการตอบคําถามท่ีผา� นมา มาใชอ� ภปิ รายเพ่อื ทํานายแนวโน�มขนาดอะตอมของธาตตุ ามคาบและตามหม�ู แลว� นาํ ผลการอภิปรายมาเปรียบเทยี บกับรปู 2.21 ซง่ึควรสรปุ ไดว� �า ธาตุในคาบเดียวกนั มีขนาดลดลงเมื่อเลขอะตอมเพมิ่ ขนึ้ สว� นธาตใุ นหม�เู ดียวกันมีขนาดอะตอมใหญข� ึน้ เมือ่ เลขอะตอมเพ่ิมขนึ้ 14. ครูตั้งคําถามว�า เมื่อธาตุเกิดเป�นไอออน อิเล็กตรอนในระดับพลังงานใดที่เปลี่ยนแปลงขนาดของไอออนต�างจากขนาดอะตอมเดิมหรอื ไม� อยา� งไร โดยให�พิจารณารูปที่ 2.22 และ 2.23ประกอบ ซึ่งควรได�คาํ ตอบวา� การเกดิ ไอออนเกีย่ วขอ� งกับการเปล่ียนแปลงจาํ นวนอเิ ล็กตรอนในระดับพลังงานชน้ั นอกสดุ หรอื เวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอน โดยทไ่ี อออนบวกจะมีขนาดเล็กกวา� อะตอมเดมิส�วนไอออนลบมีขนาดใหญก� ว�าอะตอมเดมิ 15. ให�นักเรียนอภิปรายแนวโน�มของขนาดไอออนตามหมู� แล�วนําผลการอภิปรายมาเปรยี บเทียบกบั รปู 2.24 ซ่งึ ควรได�คําตอบว�า ขนาดไอออนของธาตตุ ามหมสู� �วนใหญม� แี นวโน�มเพ่ิมข้นึ จากบนลงลา� งเชน� เดยี วกบั ขนาดของอะตอม 16. ครูตั้งคําถามว�า ในการทดลองการศึกษาเส�นสเปกตรัมของธาตุที่ผ�านมา ขณะสังเกตเหน็สเปกตรมั ของธาตุ ธาตนุ ั้นอยูใ� นสถานะใด และอิเลก็ ตรอนของธาตุน้ันดูดหรือคายพลงั งาน คําตอบคือธาตุอย�ูในสถานะแก�ส และเป�นการคายพลังงานของอิเล็กตรอน ครูถามต�ออีกว�าการทําให�อิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานกับการทําให�อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม การกระทําใดจะใช�พลงั งานมากกว�ากนั ใหน� กั เรยี นร�วมกนั อภิปราย ควรได�คําตอบว�า เสน� สเปกตรัมเกิดจากอิเล็กตรอนคายพลังงานออกมาเมื่อเปลี่ยนจากสภาวะกระตุ�นไปสู�สภาวะพื้น แต�อิเล็กตรอนไม�ใด�หลุดออกจากอะตอม ดังน้นั การทําให�อิเลก็ ตรอนหลุดออกจากอะตอมในสถานะแก�สต�องใช�พลงั งานสงู กวา� การทีอ่ ิเลก็ ตรอนเปลีย่ นระดบั พลงั งาน 17. ครูให�ความรู�เรื่องพลังงานไอออไนเซชัน ซึ่งเป�นพลังงานปริมาณน�อยที่สุดที่ทําให�อิเลก็ ตรอนหลดุ ออกจากอะตอมในสถานะแก�ส ถ�ามคี า� นอ� ยแสดงวา� ทาํ ใหเ� ปน� ไอออนบวกไดง� า� ย แต�ถ�ามคี �ามากแสดงวา� ทําใหเ� ปน� ไอออนบวกไดย� าก 18. ใหน� กั เรยี นศกึ ษาคา� พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตคุ ารบ� อนและรว� มกนั อภปิ ราย ซง่ึ ควรได�ขอ� มลู วา� คารบ� อนมคี า� พลงั งานไอออไนเซซนั 6 คา� แตล� ะคา� มคี า� ไมเ� ทา� กนั และมคี า� เพม่ิ ขน้ึ ตามลาํ ดบั ทข่ี องพลงั งานไอออไนเซชนั จากนน้ั ใหน� กั เรยี นตอบคาํ ถามชวนคดิ และชว� ยกนั เฉลยคาํ ตอบ โดยครเู ปน� ผช�ู แ้ี นะสถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทท่ี 2 | อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 99 ชวนคดิ เพราะเหตใุ ด IE4 กับ IE5 ของธาตุคารบ� อนจงึ มคี า� แตกตา� งกันมาก เพราะคาร�บอนอย�ูหม�ู IVA และมี 4 เวเลนซ�อเิ ลก็ ตรอน การดงึ อิเล็กตรอนท้ัง 4 ออกจากอะตอมจึงทาํ ไดง� า� ยเพราะอยู�ระดับพลังงานนอกสุด ส�วนอิเล็กตรอนลําดบั ที่ 5 และ 6 อยใู� นระดบั พลังงานชัน้ ถดั เข�าไปซึง่ ใกลก� ับนิวเคลยี สทําให�มีแรงดึงดดู ระหว�างนวิ เคลยี ส กับอิเล็กตรอนมากกว�า ดังนั้นการที่จะทําให�อิเล็กตรอนเหล�านั้นหลุดออกมาจึงต�องใช� พลังงานมากกวา� 4 ลําดับแรกอยา� งมาก 19. ครูให�นักเรยี นศกึ ษาขอ� มูลคา� พลงั งานไอออไนเซชันของธาตุ 20 ธาตใุ นตาราง 2.10 และกราฟแสดงความสัมพนั ธ�ระหวา� งพลังงานไอออไนเซชนั กับลําดบั ทขี่ องพลงั งานไอออไนเซชัน จากนั้นต้ังคาํ ถามวา� - คา� IE1 ของแต�ละธาตตุ �างกนั อย�างไร ควรไดค� าํ ตอบวา� ตา� งกนั โดยค�า IE1 ของธาตใุ น คาบเดยี วกนั จะเพ่มิ ขึ้นตามเลขอะตอม - ธาตเุ ดยี วกนั จะมลี าํ ดบั IE เปน� อยา� งไร ควรไดค� าํ ตอบวา� เพม่ิ ขน้ึ ตามลาํ ดบั เชน� IE3> IE2 > IE1 - ถา� จัดกลุ�มค�า IE ของธาตุ F เปน� กล�ุมจะจดั ได�อยา� งไร ควรไดค� าํ ตอบวา� จัดได� 2 กล�มุ ตาม ค�า IE ทใ่ี กล�เคยี งกนั คอื IE1– IE7 และ IE8– IE9 ดังตาราง 2.10 20. ครใู หน� ักเรยี นตรวจสอบผลการจัดกลุม� IE ของธาตุ F โดยใช�กราฟจากรูป 2.25 ข) ซึ่งพบว�าแบง� เปน� 2 กลุ�มเช�นกัน คอื กล�มุ ที่ประกอบด�วยจดุ 7 จุดซง่ึ มคี �าใกลเ� คยี งกันและอยบ�ู ริเวณด�านลา� งและอกี กล�ุมมี 2 จดุ และอยบ�ู รเิ วณดา� นบนของเส�นกราฟ 21. ครใู หน� กั เรยี นตอบคาํ ถามตรวจสอบความเขา� ใจและชว� ยกนั เฉลยคาํ ตอบ โดยครคู อยชแ้ี นะ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทท่ี 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1100 ตรวจสอบความเขา� ใจ นักเรียนคิดว�าค�าพลังงานไอออไนเซชันของธาตุใช�เป�นข�อมูลสําหรับการจัดกล�ุม อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยร�ู อบนวิ เคลยี สของแตล� ะธาตไุ ดห� รอื ไม� อยา� งไร ได� โดยพจิ ารณาจากคา� IE ทใ่ี กลเ� คยี งกนั ของธาตนุ น้ั ๆ เชน� K สามารถจดั กลม�ุ ตามคา� IE ทใ่ี กลเ� คยี งกนั ไดเ� ปน� 4 กลม�ุ โดยเรยี งจากคา� IE นอ� ยไปมาก กลม�ุ ท่ี 1 คอื IE1 กลม�ุ ท่ี 2 คอื IE2-IE9 กลม�ุ ท่ี 3 คอื IE10-IE17 และ กลม�ุ ท่ี 4 คอื IE18-IE19 ซง่ึ สมั พนั ธก� บั การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอน 2 8 8 1 22. ให�นักเรียนร�วมกันอภิปรายเพื่อทํานายแนวโน�มของค�าพลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 ของธาตุ ตามคาบและตามหมู� รวมท้ังเหตุผลสนับสนนุ แล�วเปรยี บเทยี บผลการอภิปรายกับรูป 2.26 จากนั้นศึกษาเหตผุ ลคําอธบิ ายใต�ภาพเพื่อตรวจสอบส่ิงทีอ่ ภปิ ราย และยอ� นกลบั ไปตอบคาํ ถามเกย่ี ว กับแนวโนม� ค�า IE1 ตามขนาดอะตอมที่ไดท� าํ นายไว� และควรสรปุ ไดว� า� ค�า IE1 มีความสัมพนั ธก� บั ขนาดอะตอมโดยค�า IE1 จะมคี า� เพม่ิ ขึน้ เมือ่ ขนาดอะตอมลดลง 23. ครูทบทวนว�าค�าพลังงาน IE1 เป�นพลังงานที่น�อยที่สุดที่ทําให�อิเล็กตรอนหลุดออกจาก อะตอมในสถานะแกส� เกิดเปน� ไอออนบวก ซ่ึงเปน� การเปลย่ี นแปลงแบบดูดพลังงาน จากนน้ั ถาม คําถามว�าถ�าอะตอมของธาตุมีการรับอิเล็กตรอนจะมีการเปล่ียนแปลงพลังงานอย�างไรเพื่อนําเข�าสู� หัวข�อสัมพรรคภาพอิเลก็ ตรอน 24. ครทู บทวนเรอ่ื งการเกดิ ไอออน จากน้ันตั้งคาํ ถามเพ่ือให�นักเรยี นอภิปรายร�วมกันวา� ใน การเกดิ เปน� ไอออนของธาตุ ธาตทุ ร่ี บั อเิ ลก็ ตรอนไดด� จี ะอยส�ู ว� นใดของตารางธาตุ และการรบั อเิ ลก็ ตรอน เป�นการดูดหรือคายพลังงาน ควรได�คาํ ตอบวา� อยทู� างดา� นขวาและเปน� การคายพลงั งาน 25. ครูให�ความรู�เรื่องสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนว�า เป�นพลังงานที่คายออกเมื่ออะตอมใน สถานะแกส� ได�รบั อเิ ลก็ ตรอน 1 อเิ ลก็ ตรอน อะตอมทีส่ ามารถรบั อเิ ล็กตรอนไดด� จี ะมสี มั พรรคภาพ อิเล็กตรอนสูงกว�าอะตอมที่รับอิเล็กตรอนได�ยาก ครูอาจให�นักเรียนเปรียบเทียบสัมพรรคภาพ อเิ ลก็ ตรอนกบั พลงั งานไอออไนเซชนั ของธาตเุ หมอื นและตา� งกนั อยา� งไรคาํ ตอบคอื ทง้ั สองคา� ใชอ� ธบิ าย อะตอมในสถานะแกส� เหมอื นกนั แตท� ต่ี า� งกนั คอื สมั พรรคภาพอเิ ลก็ ตรอนเปน� การคายพลงั งานออกมา ส�วนพลงั งานไอออไนเซชนั เปน� การดูดพลงั งาน 26. ให�นักเรียนพิจารณารูป 2.27 เพื่อศึกษาแนวโน�มของค�าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของ ธาตุในตารางธาตุ แลว� รว� มกนั สรปุ สาระสําคัญ โดยอาจสรุปได�ว�า เมอื่ พิจารณาธาตตุ ามคาบ ธาตโุ ลหะ หม�ู IA IIA และ IIIA มแี นวโน�มทจี่ ะรับอิเล็กตรอนยากโดยเฉพาะธาตใุ นหม�ู IIA จะรับอิเล็กตรอน ยากท่ีสดุ สว� นธาตใุ นหม�ู IVA VA VIA และ VIIA มแี นวโนม� ที่จะรบั อิเลก็ ตรอนสูงโดยเฉพาะหม�ู สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

เคมีเลม� 1 บทที่ 2 | อะตอมและสมบัติของธาตุ 101VIIA จะรบั อิเล็กตรอนได�ดที ่ีสดุ สาํ หรับธาตหุ ม�ู VIIIA มคี �า EA เป�นลบซงึ่ ได�จากการคาํ นวณแสดงให�เห็นว�าถ�าตอ� งการใหธ� าตุหมูน� ้นั รบั อิเลก็ ตรอนนอกจากจะไมค� ายพลงั งานแลว� ยังตอ� งใส�พลังงานแกอ� ะตอมเพม่ิ ด�วย 27. ครทู บทวนเรอื่ งธาตุและสารประกอบโดยยกตวั อยา� ง เช�น Na HCl จากน้นั ใหน� ักเรยี นบอกความแตกต�างระหว�างธาตุและสารประกอบ แล�วให�ความรู�เพิ่มเติมว�าสารประกอบบางชนิดเชน� HCl มีการใช�อิเลก็ ตรอนรว� มกนั แล�วถามนักเรียนวา� อิเล็กตรอนที่ใชร� �วมกันอยตู� ําแหนง� ใดของโมเลกลุ (อย�ใู กล� H หรอื Cl) เพอ่ื นําเขา� ส�ูเรอ่ื งอเิ ล็กโทรเนกาตวิ ติ ี 28. ครูให�ความหมายของค�าอิเล็กโทรเนกาติวีตีว�าเป�นความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอเิ ลก็ ตรอนที่ใช�ร�วมกันในโมเลกลุ ของสาร จากน้นั ใหน� กั เรียนศกึ ษารปู 2.28 แล�วร�วมกันสรปุ แนวโนม�คา� อเิ ลก็ โทรเนกาตวิ ติ ขี องธาตใุ นตารางธาตุ ซง่ึ ควรไดว� า� ธาตใุ นคาบเดยี วกนั มคี า� เพม่ิ ขน้ึ เมอ่ื เลขอะตอมเพ่ิมขนึ้ เนอ่ื งจากขนาดของอะตอมเลก็ ลง ธาตุในหมู�เดียวกันสว� นใหญม� ีค�าลดลง เนอ่ื งจากขนาดของอะตอมใหญ�ขึ้น 29. ครใู ห�นักเรยี นรว� มกันอภปิ รายเพอื่ กลับไปตอบคาํ ถามว�าในสารประกอบ HCl อิเลก็ ตรอนที่ใช�ร�วมกันน�าจะอยู�ตําแหน�งใด ซึ่งควรได�คําตอบว�าอิเล็กตรอนอยู�ใกล�อะตอมของคลอรีนมากกว�าไฮโดรเจน เนอื่ งจากมคี า� EN สงู กว�าอะตอมของไฮโดรเจน 30. ให�นักเรยี นทําแบบฝ�กหดั 2.4 แลว� เฉลยรว� มกนัแนวการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรูเ� กีย่ วกบั วิวฒั นาการของตารางธาตุ การระบหุ มูแ� ละคาบของธาตใุ นตารางธาตุ การจัดกล�ุมธาตุในตารางธาตตุ ามสมบตั ิความเปน� โลหะ อโลหะ กงึ่ โลหะ และตามการจัดเรียงอิเลก็ ตรอนจากการทํากจิ กรรม การทาํ แบบฝก� หัด และการทดสอบ 2. ความรเ�ู กย่ี วกบั แนวโนม� ของขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลงั งานไอออไนเซชนั สมั พรรคภาพอิเล็กตรอน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี ของธาตุหมู�หลักตามคาบและตามหมู� จากการการอภิปรายการทําแบบฝก� หัด และการทดสอบ 3. ทักษะการจําแนกประเภท การตีความหมายข�อมูลและลงข�อสรุป การสร�างแบบจําลองและความรว� มมอื การทาํ งานเปน� ทมี และภาวะผน�ู ําจากการอภปิ ราย สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี

บทที่ 2 | อะตอมและสมบตั ิของธาตุ เคมีเล�ม 1102 แบบฝ�กหัด 2.4 1. ธาตุที่กําหนดให�ต�อไปนี้อยู�ในหมู�ใดและคาบใดในตารางธาตุ และมีสมบัติเป�นโลหะ กึ่งโลหะ หรืออโลหะ (ตอบคําถามโดยไม�ใช�ตารางธาตุ) 1.1 ธาตุ A มีเลขอะตอม 11 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 1 จึงอยู�ในหมู� IA คาบ 3 เป�นธาตุโลหะ 1.2 ธาตุ B มีจํานวนโปรตอน 20 ธาตุ A มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 8 2 จึงอยู�ในหมู� IIA คาบ 4 เป�นธาตุโลหะ 1.3 ธาตุ C มีจํานวนอิเล็กตรอนเท�ากับ 35 ธาตุ C มีจัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 18 7 จึงอยู�ในหมู� VIIA คาบ 4 เป�นธาตุอโลหะ 1.4 ธาตุ D มีเลขมวล 31 และมีจํานวนนิวตรอน 16 ธาตุ D มีจํานวนโปรตอนเท�ากับ 31 – 16 = 15 ธาตุ D จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 5 จึงอยู�ในหมู� VA คาบ 3 เป�นธาตุอโลหะ 5. ธาตุ E มีเลขมวล 72 และมีเลขอะตอม 32 ธาตุ E จัดเรียงอิเล็กตรอนเป�น 2 8 18 4 อยู�ในหมู� IVA คาบ 4 เป�นธาตุกึ่งโลหะ 2. ธาตุแต�ละคู�ต�อไปนี้ ธาตุใดมีขนาดใหญ�กว�า 1.1 K กับ Ca 1.4 Rb กับ Cs 1.7 N กับ P P ใหญ�กว�า N K ใหญ�กว�า Ca Cs ใหญ�กว�า Rb 1.8 B กับ C 1.2 F กับ Na 1.5 Ca กับ Sr B ใหญ�กว�า C Na ใหญ�กว�า F Sr ใหญ�กว�า Ca 1.9 Cl กับ O Cl ใหญ�กว�า O 1.3 Mg กับ Ca 1.6 S กับ C Ca ใหญ�กว�า Mg S ใหญ�กว�า C 3. ไอออนแต�ละคู�ต�อไปนี้ ไอออนใดมีขนาดใหญ�กว�า 1.1 Mg2+ กับ Ca2+ 1.3 F- กับ Na+ Ca2+ ใหญ�กว�า Mg2+ F- ใหญ�กว�า Na+ 1.2 S2- กับ Cl- 1.4 Ca2+ กับ Al3+ S2- ใหญ�กว�า Cl- Ca2+ ใหญ�กว�า Al3+ สถาบันส�งเสริมการสอนวิทยาศาสตร�และเทคโนโลยี