อะตอมประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากเเละไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ซึ่งเเนวคิดนี้ได้เริ่มขึ้นในสมัยกรีกโบราณ โดยดิโมคริตุส คำว่า อะตอม (atom) ซึ่งมาจากคำในภาษากรีก ซึ่งเเปลว่า "เเบ่งเเยกอีกไม่ได้"
2.1 เเบบจำลองอะตอม
2.1.1 แบบจำลองอะตอมของจอร์น ดอลตัน
ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้
1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆหลายอนุภาคเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า “อะตอม” ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก
2. อะตอมไม่สามารถทำให้เกิดใหม่และทำให้สูญหายได้
3. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีมวลเท่ากันเเละมีสมบัติเหมือนกัน
4. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวระหว่างอะตอมด้วยอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ
5. อะตอมของธาตุตั้งเเต่ 2 ชนิดขึ้นไป อาจรวมตัวกันเเละเกิดสารประกอบมากกว่า 1 ชนิด
2.1.3 แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
หลังจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศษชื่อ เบเคอรอล ได้พบสารกัมมันตรังสี เเละเรินต์เกน ค้นพบรังสีเอ็กซ์(X-ray) รัทเทอฟอร์ดได้ทำการศึกษาธรรมชาติของรังสีที่เกิดจากสารกัมมันตรังสีพบว่ารังสีที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีอยู่ 3 ชนิด คือ
1.รังสีแอลฟาหรืออนุภาคแอลฟา เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 อนุภาค มีประจุไฟฟ้า +2 มีเลขมวล 4 มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำ
2.รังสีบีตาหรืออนุภาคบีตา มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟา สามารถผ่านแผ่นโลหะบางๆ ได้
3.รังสีเเกมมา เป็นคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ไม่มีประจุ ไม่มีมวล เป็นรังสีที่มีพลังงานสูง มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสงและมีอำนาจทะลุทะลวงสูง สามารถผ่านแผ่นตะกั่วหนา 8 mm
ลอร์ดเออร์เนสท์ รัทเทอร์ฟอร์ด นักวิทยาศาสตร์ชาวนิวซีเเลนด์ เเละฮันส์ ไกเกอร์ เเละมาร์สเคน ได้ทดลองใช้อนุภาคแอลฟายิงไปยังโลหะเเผ่นบางๆ เเละใช้ฉากเรืองเเสงซึ่งฉาบด้วยซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) โค้งเป็นวงกลมเป็นฉากรับอนุภาคแอลฟาเพื่อตรวจสอบทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟา
2.1.4 แบบจำลองอะตอมของนีลโบร์
โบร์ได้เสนอแบบจำลองขึ้นมาใหม่โดยปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด เพื่อให้เห็นลักษณะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียส เป็นวงคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ ดังรูป
“ ระดับพลังงาน ”
2. แต่ละระดับพลังงานจะมีอิเล็กตรอนบรรจุได้ดังนี้ จำนวนอิเล็กตรอน = 2n2
3. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน ( Valence electron ) จะเป็นอิเล็กตรอนทีเกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ ได้
4. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานวงใน อยู่ใกล้นิวเคลียสจะเสถียรมาก เพราะประจุบวกจากนิวเคลียสดึงดูดเอาไว้อย่างดี ส่วนอิเล็กตรอนระดับพลังงานวงนอกจะไม่เสถียรเพราะนิวเคลียสส่งแรงไปดึงดูดได้น้อยมาก จึงทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้หลุดออกจากอะตอมได้ง่าย 5. ระดับพลังงานวงในจะอยู่ห่างกันมาก ส่วนระดับพลังงานวงนอกจะอยู่ชิดกันมาก
6. การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนในระดับถัดกัน อาจเปลี่ยนข้ามระดับพลังงานก็ได้
2.1.5 แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก
แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก แบบจำลองอะตอมของโบร์ ใช้อธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนได้ดี แต่ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนได้ จึงได้มีการศึกษาเพิ่มเติม โดยใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควันตัม สร้างสมการเพื่อคำนวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆ จึงสามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของธาตุได้ถูกต้องกว่าอะตอมของโบร์ ลักษณะสำคัญของแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกอธิบายได้ดังนี้
1. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสอย่างรวดเร็วตลอดเวลาด้วยความเร็วสูง ด้วยรัศมีไม่แน่นอนจึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้บอกได้แต่เพียงโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณต่างๆ ปรากฏการณ์แบบนี้นี้เรียกว่ากลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน บริเวณที่มีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนหนาแน่น จะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่เป็นหมอกจาง
2. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอาจเป็นรูปทรงกลมหรือรูปอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอน แต่ผลรวมของกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนทุกระดับพลังงานจะเป็นรูปทรงกลม
2.1.1 แบบจำลองอะตอมของจอร์น ดอลตัน
1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆหลายอนุภาคเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า “อะตอม” ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก
2. อะตอมไม่สามารถทำให้เกิดใหม่และทำให้สูญหายได้
3. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีมวลเท่ากันเเละมีสมบัติเหมือนกัน
4. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวระหว่างอะตอมด้วยอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ
5. อะตอมของธาตุตั้งเเต่ 2 ชนิดขึ้นไป อาจรวมตัวกันเเละเกิดสารประกอบมากกว่า 1 ชนิด
ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้
ลักษณะแบบจำลองอะตอมของดอลตัน
"ทรงกลมตันมีขนาดเล็กที่สุดซึ้งแบ่งแยกอีกไม่ได้"
2.1.2 แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ทำการศึกษาและทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของก๊าซโดยใช้หลอดรังสีแคโทด
หลอดรังสีเเคโทด
เซอร์วิลเลียมครูกส์ เป็นผู้ประดิษฐ์หลอดรังสีเเคโทดเพื่อใช้ในการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊ส ซึ่งหลอดรังสีเเคโทดมีส่วนประกอบดังนี้
1. ขั้วเเคโทด (Cathode)
2. ขั้วเเอโนด (Anode)
3. เครื่องวัดกระเเสไฟฟ้า
4. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง
เมื่อผ่านกระเเสไฟฟ้าศักย์สูงเข้าไปในหลอดรังสีเเคโทด จะเกิดรังสีพุ่งออกมาจากรังสีเเคโทดไปยังแอโนดซึ่งตรวจสอบรังสีนี้ได้ด้วยสารเรืองเเสง
เซอร์วิลเลียมครูกส์ เป็นผู้ประดิษฐ์หลอดรังสีเเคโทดเพื่อใช้ในการทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าของแก๊ส ซึ่งหลอดรังสีเเคโทดมีส่วนประกอบดังนี้
1. ขั้วเเคโทด (Cathode)
2. ขั้วเเอโนด (Anode)
3. เครื่องวัดกระเเสไฟฟ้า
4. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง
เมื่อผ่านกระเเสไฟฟ้าศักย์สูงเข้าไปในหลอดรังสีเเคโทด จะเกิดรังสีพุ่งออกมาจากรังสีเเคโทดไปยังแอโนดซึ่งตรวจสอบรังสีนี้ได้ด้วยสารเรืองเเสง
สรุปแบบจำลองของทอมสัน
จากผลการทดลอง ทั้งของทอมสันและโกลด์สไตน์ ทำให้ทอมสันได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น จึงได้เสนอแบบจำลองอะตอม ดังนี้ อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ กระจัดกระจายอย่างสม่ำเสมอในอะตอมอะตอมที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ
จากผลการทดลอง ทั้งของทอมสันและโกลด์สไตน์ ทำให้ทอมสันได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น จึงได้เสนอแบบจำลองอะตอม ดังนี้ อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ กระจัดกระจายอย่างสม่ำเสมอในอะตอมอะตอมที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับจำนวนประจุลบ
"อะตอมเป็นทรงกลม ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก(โปรตอน)
เเละอนุภาคที่มีประจุลบ(อิเล็กตรอน) กระจายอยู่ทั่วไป
อะตอมมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยมีประจุบวกเท่ากับประจุลบ"
2.1.3 แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
หลังจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศษชื่อ เบเคอรอล ได้พบสารกัมมันตรังสี เเละเรินต์เกน ค้นพบรังสีเอ็กซ์(X-ray) รัทเทอฟอร์ดได้ทำการศึกษาธรรมชาติของรังสีที่เกิดจากสารกัมมันตรังสีพบว่ารังสีที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีอยู่ 3 ชนิด คือ1.รังสีแอลฟาหรืออนุภาคแอลฟา เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 อนุภาค มีประจุไฟฟ้า +2 มีเลขมวล 4 มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำ
2.รังสีบีตาหรืออนุภาคบีตา มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟา สามารถผ่านแผ่นโลหะบางๆ ได้
3.รังสีเเกมมา เป็นคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ไม่มีประจุ ไม่มีมวล เป็นรังสีที่มีพลังงานสูง มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสงและมีอำนาจทะลุทะลวงสูง สามารถผ่านแผ่นตะกั่วหนา 8 mm
ลอร์ดเออร์เนสท์ รัทเทอร์ฟอร์ด นักวิทยาศาสตร์ชาวนิวซีเเลนด์ เเละฮันส์ ไกเกอร์ เเละมาร์สเคน ได้ทดลองใช้อนุภาคแอลฟายิงไปยังโลหะเเผ่นบางๆ เเละใช้ฉากเรืองเเสงซึ่งฉาบด้วยซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) โค้งเป็นวงกลมเป็นฉากรับอนุภาคแอลฟาเพื่อตรวจสอบทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟา
สรุปแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเล็ก แต่มีมวลมากและมีประจุเป็นบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ และมีมวลน้อยมาก จะวิ่งอยู่รอบนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยู่ตรงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเล็ก แต่มีมวลมากและมีประจุเป็นบวก ส่วนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุเป็นลบ และมีมวลน้อยมาก จะวิ่งอยู่รอบนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง
"อะตอมประกอบด้วยนิวเครียสที่มีโปรตรอนรวมกัน
อยู่ตรงกลางนิวเครียสมีขนาดเล็ก เเต่มีมวลมาก"
2.1.4 แบบจำลองอะตอมของนีลโบร์
โบร์ได้เสนอแบบจำลองขึ้นมาใหม่โดยปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด เพื่อให้เห็นลักษณะของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียส เป็นวงคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ ดังรูป
สรุปแบบจำลองอะตอมของบอห์ร 1. อิเล็กตรอนจะอยู่เป็นชั้น ๆ แต่ละชั้นเรียกว่า
“ ระดับพลังงาน ”
2. แต่ละระดับพลังงานจะมีอิเล็กตรอนบรรจุได้ดังนี้ จำนวนอิเล็กตรอน = 2n2
3. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานนอกสุดเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน ( Valence electron ) จะเป็นอิเล็กตรอนทีเกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ ได้
4. อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานวงใน อยู่ใกล้นิวเคลียสจะเสถียรมาก เพราะประจุบวกจากนิวเคลียสดึงดูดเอาไว้อย่างดี ส่วนอิเล็กตรอนระดับพลังงานวงนอกจะไม่เสถียรเพราะนิวเคลียสส่งแรงไปดึงดูดได้น้อยมาก จึงทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้หลุดออกจากอะตอมได้ง่าย 5. ระดับพลังงานวงในจะอยู่ห่างกันมาก ส่วนระดับพลังงานวงนอกจะอยู่ชิดกันมาก
6. การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนในระดับถัดกัน อาจเปลี่ยนข้ามระดับพลังงานก็ได้
"อะตอมประกอบด้วยนิวเครียสเป็นกลาง
ซึ่งมีโปรตรอนเเละนิวตรอนอยู่ภายใน
เเละมีอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบๆ ในลักษณะเป็นชั้นๆ"
แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก แบบจำลองอะตอมของโบร์ ใช้อธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนได้ดี แต่ไม่สามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอนได้ จึงได้มีการศึกษาเพิ่มเติม โดยใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควันตัม สร้างสมการเพื่อคำนวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆ จึงสามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของธาตุได้ถูกต้องกว่าอะตอมของโบร์ ลักษณะสำคัญของแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกอธิบายได้ดังนี้
1. อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสอย่างรวดเร็วตลอดเวลาด้วยความเร็วสูง ด้วยรัศมีไม่แน่นอนจึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้บอกได้แต่เพียงโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในบริเวณต่างๆ ปรากฏการณ์แบบนี้นี้เรียกว่ากลุ่มหมอกของอิเล็กตรอน บริเวณที่มีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนหนาแน่น จะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่เป็นหมอกจาง
2. การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอาจเป็นรูปทรงกลมหรือรูปอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานของอิเล็กตรอน แต่ผลรวมของกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนทุกระดับพลังงานจะเป็นรูปทรงกลม
"อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบนิวเครียส
มีลักษณะเป็นทรงกลม บริเวณกลุ่มหมอกทึบเเสดงว่าโอกาส
พบอิเล็กตรอนใกล้นิวเครียสเเละบริเวณที่กลุ่มหมอกจาง
โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนไกลนิวเครียส"
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น