โครงสร�างอะตอม 1

โครงสร�างอะตอม 1

Atomic structures

ลิ�วซิ�พพ�ส (Leucippus: ca.450 BC) แลิะ ดิ�โมคร�ต�ส (Democritus: ca. 470-380 BC) สองนั�กปราชญ์�ชาวกร�ก ไดิ�เสนัอทฤษฎี�แนัวค�ดิเก�#ยวก�บอะตอมว&า

โครงสร�างของอะตอมย�คแรก

“สารท�(งปวงม�องค�ประกอบพ)(นัฐานัท�#เลิ+กท�#ส�ดิ เร�ยกว&า อะตอม (มาจากค-าว&า atomos แปลิว&า แยกไม&ไดิ� หร)อ

แบ&งไม&ไดิ�)”A = “ไม& ” , tomos = “แบ&งไดิ�”

จอห�นั ดิาลิต�นั (John Dalton: 1766-1844) นั�กเคม�ชาวอ�งกฤษ : เสนัอแนัวค�ดิเก�#ยวก�บทฤษฎี�อะตอมดิ�งนั�(

ทฤษฎี�อะตอมของดิาลิต�นั

1. สสารท�กชนั�ดิประกอบดิ�วยอนั�ภาคท�#แบ&งแยกไม&ไดิ�เร�ยกว&า อะตอม2. อะตอมไม&สามารถสร�างข1(นัใหม&หร)อท-าลิายไดิ�

3. ธาต�ประกอบดิ�วยอะตอมเพ�ยงชนั�ดิเดิ�ยว อะตอมของธาต�ชนั�ดิ เดิ�ยวก�นัม�สมบ�ต�เหม)อนัก�นัท�กประการ แลิะแตกต&างจากอะตอม ของธาต�ชนั�ดิอ)#นัๆ

แม�ว&าทฤษฎี�อะตอมของดิาลิต�นัจะไม&ถ5กต�อง แต&ไดิ�สร�างความร5�พ)(นัฐานัเก�#ยวก�บธาต�ซิ1#งเป6นัประโยชนั�ต&อการศึ1กษาแลิะพ�ฒนัาความร5�ทางเคม�ในัย�คนั�(นัเป6นัอย&างมาก

ทฤษฎี�อะตอมของทอมส�นั

เซิอร�โจเซิฟ จอห�นั ทอมส�นั (J.J. Thomson: 1856-1940) พ�ส5จนั�พบอนั�ภาคประจ�ลิบ

การค�นัพบอ�เลิ+กตรอนั

เม)#อผ่&านักระแสไฟระหว&างข�(วไฟฟ;าลิบ (Cathode) แลิะข�(วไฟฟ;าบวก (Anode) ในัหลิอดิส�ญ์ญ์ากาศึ แลิ�วเก�ดิการเร)องแสง (เร�ยกว&าร�งส�แคโธดิ หร)อ Cathode Ray) ท�#บร�เวณข�(วบวกแอโนัดิ

ร�งส�แคโธดิ ค)อ ร�งส�ท�#เก�ดิจากอนั�ภาคประจ�ลิบ

เม)#อให�สนัามไฟฟ;า ร�งส�นั�(จะเบนัเข�าหาสนัามไฟฟ;าบวก

อนั�ภาคประจ�ลิบ ค)อ อ�เลิ+กตรอนั

ทอมส�นัพยายามหามวลิของอ�เลิ+กตรอนั โดิยว�ดิพลิ�งงานัท�#ท-าให�ร�งส�แคโธดิเบนัออก ซิ1#งก+ค)อค&า อ�ตราส&วนั“ประจ�ต&อมวลิของอ�เลิ+กตรอนั”

e = 1.76 x 108 C/gm

ไม&ว&าจะนั-าแก>สชนั�ดิใดิมาใช� ก+จะไดิ�อ�ตราส&วนันั�(เสมอ

ทอมส�นัสร�ปว&า อ�เลิ+กตรอนัเป6นั“อนั�ภาคม5ลิฐานัท�#อย5&ในั

อะตอมของธาต�ท�กชนั�ดิ”

โรเบ�ร�ต ม�ลิลิ�แกนั (R. Millikan : 1868-1953) หาประจ�ของอ�เลิ+กตรอนั โดิยว�ดิค&าสนัามไฟฟ;าท�#ท-าให�แรงดิ1งดิ5ดิระหว&างประจ� (แรงค5ลิอมป?) บนัลิะอองนั-(าม�นัเท&าก�บค&าแรงโนั�มถ&วงของโลิก

ค&าประจ�บนัลิะอองนั-(าม�นัม�ค&า = 1.602 x 10-19 C ม�ลิลิ�แกนัหามวลิของอ�เลิ+กตรอนัโดิย

e/m = 1.75882 x 108 C/g m = e / (1.75882 x 108 C/g) = (1.602 x 10-19 C) / (1.75882 x 108 C/g)

= 9.109 x 10-31 kg

“อ�เลิ+กตรอนั เป6นัอนั�ภาคท�#ม�ประจ�ลิบ” ม�ประจ� = 1.602 x 10-19 C ม�มวลิ = 9.109 x 10-31 kg

การคนัพบโปรตอนัเนั)#องจากอะตอมเปนักลิางทางไฟฟา แสดิงว&าตองม�อนั�ภาค

ท�#ม�ประจ�บวกรวมอย5&ในัอะตอมดิ�วย

โกลิดิสไตนั ส�งเกตพบร�งส�แอโนัดิ (ร�งส�ท�#มาจากอนั�ภาคประจ�บวก) จากการดิ�ดิแปลิงการทดิลิองของทอมส�นั

เม)#ออ�เลิ+กตรอนัจากกระแสไฟฟาว�#งชนักลิ�มอะตอม ท-าใหอะตอมไอออไนัซิ ไดิอ�เลิ+กตรอนัก�บอะตอมไอออนับวก

(A → A+ + e)

ถ�าเจาะร5ท�#แผ่&นั Cathode จะม�อนั�ภาคว�#งไปดิ�านัหลิ�ง เร�ยกว&า ร�งส�แคแนัลิ“ ”

ร�งส�จะเบนัเข�าหาสนัามไฟฟ;าลิบ ม�มวลิต&างๆ ก�นั ข1(นัอย5&ก�บชนั�ดิของแก>ส

การทดิลิองของร�ทเทอรฟอรดิย)นัย�นัการคนัพบโปรตอนั โดิยระดิมย�งโมเลิก�ลิไนัโตรเจนัดิวยอนั�ภาคอ�ลิฟา ( 4

2He ) ท-าใหไดิอนั�ภาคซิ1#งหนั�กเปนั 1830 เทาของอ�เลิ+กตรอนั แลิะม�ประจ�เทาก�บอ�เลิ+กตรอนั

หลิ�งจากการคนัพบอ�เลิ+กตรอนั แลิะโปรตอนั ทอมส�นัจ1งไดิเสนัอทฤษฎี�อะตอม

“อะตอมเปนัทรงกลิมประกอบดิวย อ�เลิ+กตรอนั แลิะ โปรตอนั อนั�ภาคท�(งสองอย5กระจ�ดิกระจายท�#วบร�เวณอะตอม อยางสม-#าเสมอในัสภาพท�#เปนักลิางทางไฟฟา

ทฤษฎี�อะตอมของร�ทเทอร�ฟอร�ดิ

อ� อาร ร�ทเทอรฟอรดิ (1871-1937) ศึ1กษาการกระเจ�งของร�งส�แอลิฟา โดิยการระดิมย�งร�งส�แอลิฟา ( 4

2He2+, อนั�ภาคประจ�บวก) ผ่านัแผ่นัทองค-าบางๆ แลิวส�งเกตจ�ดิเร)องแสงบนัฉาก

การทดิลิองของร�ทเทอรฟอรดิพบวา ร�งส�สวนัใหญ์ทะลิ�ผ่านั

ร�งส�สวนันัอยท�#เบ�#ยงเบนั แลิะเก�กการสะทอนักลิ�บ

เพราะฉะนั�(นั แบบจ-าลิองของทอมส�นัจ1งอธ�บายการทดิลิองของร�ทเทอร�ฟอร�ดิไม&ไดิ� เขาจ1งเสนัอแบบจ-าลิองอะตอมแบบใหม&ซิ1#งม�ลิ�กษณะดิ�งนั�(

1. อะตอมเปนัทรงกลิม เนั)(อท�#สวนัใหญ์เป6นัชองวาง2. อนั�ภาคประจ�บวกท�(งหมดิรวมก�นัอย5ตรงกลิาง เร�ยกวา

“นั�วเคลิ�ยส”

3. ม�อ�เลิ+กตรอนัโคจรเปนัวงลิอมรอบนั�วเคลิ�ยส4. ม�จ-านัวนัอ�เลิ+กตรอนัเทาก�บจ-านัวนัอนั�ภาคประจ�บวก (โปรตอนั) ในันั�วเคลิ�ยส

เนั)#องจากขอม5ลิทางแมสสเปกโทรกราฟบอกวา ผ่ลิรวม ของมวลิของโปรตอนัแลิะอ�เลิ+กตรอนัของธาต�ท�กชนั�ดิ จะนั�อย กวามวลิอะตอมเสมอ

การคนัพบนั�วตรอนัเซิอร เจมส แชดิว�ค (Sir James

Chadwick: ค.ศึ. 1932) ไดิพบอนั�ภาคใหมท�#เปนักลิางทางไฟฟา แลิะม�มวลิใกลิเค�ยงก�บโปรตอนั เร�ยกวา นั�วตรอนั“ ” (Neutron)จากการค�นัพบอ�เลิ+กตรอนั โปรตอนั แลิะนั�วตรอนั ท-าให�แบบ

จ-าลิองอะตอมของร�ทเทอร�ฟอร�ดิสมบ5รณ�ข1(นั ดิ�งร5ป

p+n

-

-

- -

โครงสร�างของอะตอมย�คหลิ�งการเปลิ�#ยนัแปลิงจากย�คฟส�กสแผ่นัเดิ�มไปส5ย�คทฤษฎี�ควอนัต�ม

จากทบ.ของร�ทเทอร�ฟอร�ดิ อ�เลิ+กตรอนัซิ1#งม�ประจ�ไฟฟ;าเม)#อเคลิ)#อนัท�#รอบนั�วเคลิ�ยส จะม�การส5ญ์เส�ยพลิ�งงานัในัร5ปของการแผ่&ร�งส�ท-าให�อะตอมย�บ แลิะอ�เลิ+กตรอนัจะคงอย5&ไม&ไดิ� แต&ความจร�ง eย�งอย5&ในัอะตอมไดิ�

แต&เดิ�มการเคลิ)#อนัท�#ของอ�เลิ+กตรอนัจะใช�ทบ.แม&เหลิ+กไฟฟ;า ของ Maxwell (ทบ.คลิ)#นัแสง)

ทฤษฎี�ของแมกซิเวลิลิ (Maxwell’s theory)

ร�งส�แมเหลิ+กไฟฟาเปนัร5ปพลิ�งงานัท�#เปลิงออก (Emission)ในัร5ปของคลิ)#นั ม�องคประกอบ 2 สวนั ไดิแก คลิ)#นัทางไฟฟา (Electric wave) แลิะคลิ)#นัทางแมเหลิ+ก (magneticwave) โดิยคลิ)#นัท�(งสองจะเคลิ)#อนัท�#ต�(งฉากซิ1#งก�นัแลิะก�นั

สมบ�ต�ของคลิ)#นั

คลิ)#นั (Wave) เปนัร5ปแบบการเคลิ)#อนัท�#ของพลิ�งงานัท�#ม� ลิ�กษณะซิ-(าก�นัเปนัคาบๆ (Period) ความเร+วของคลิ)#นัข1(นัก�บชนั�ดิของคลิ)#นัแลิะธรรมชาต�ของต�วกลิาง ท�#คลิ)#นัเคลิ)#อนัท�# องคประกอบท�#ส-าค�ญ์ของคลิ)#นั ม�ดิ�งตอไป

นั�(1. ความยาวคลิ)#นั (wavelength, λ) เปนัระยะทาง

จากยอดิคลิ)#นัหนั1#งถ1งอ�กยอดิคลิ)#นัหนั1#ง2. ความถ�#คลิ)#นั (frequency, ν) เปนัจ-านัวนัคลิ)#นัท�#

ผ่านัจ�ดิหนั1#งในั 1 ว�นัาท�3. ความเร+วคลิ)#นั (velocity, c) เปนัระยะทางท�#คลิ)#นั

เคลิ)#อนัท�#ในั 1 ว�นัาท�4. แอมพลิ�จ5ดิ (amplitude) เปนัความส5งของยอดิ

คลิ)#นั

คลิ)#นัแมเหลิ+กไฟฟาเดิ�นัทางดิวยความเร+วเท&าก�บความเร+วของแสง (c) = 3.0 x 108 m/s

λ = ความยาวคลิ)#นั (nm)ν = ความถ�# (Hz หร)อ s-1)

c = λν

ν = เลิขคลิ)#นั = 1 (cm-1)λ

ทบ.Maxwell อธ�บายการเปลิงร�งส� ความรอนัของว�ตถ�ดิ-าไมไดิ เพราะทฤษฎี�นั�(ถ)อวา แสงเปนัคลิ)#นัแมเหลิ+กไฟฟาเปลิงออกมาจากการส�#นัสะเท)อนัของอนั�ภาคท�#ม�ประจ� จ1งม�ความถ�#เปนัคาตอเนั)#อง ย�#งความถ�#ส5ง ความเขมของแสงจะย�#งส5งข1(นัดิวย

การเปลิงแสงไมข1(นัก�บความถ�# ว�ตถ�จะเปลิงแสงส�นั-(าเง�นั-มวงเทานั�(นั (λ นัอย)

แตในัการทดิลิองจร�ง : ว�ตถ�ท�#ม�อ�ณหภ5ม�หนั1#งๆ จะเปลิง แสงท�#ม�ความเขม ส5งส�ดิในัชวง ความถ�#หนั1#งเทานั�(นัอธ�บายไดิดิวย ทฤษฎี�ควอนัต�ม“”

แสดิงวา ว�ตถ�รอนัเปลิงแสง เม)#อม�ความเขมท�#ความยาวคลิ)#นัเฉพาะคาหนั1#ง

การแผ่&ร�งส�ของว�ตถ�ดิ-า (Black-body radiation)

ว�ตถ�ดิ-า หมายถ1ง ว�ตถ�ใดิๆ ท�#สามารถดิ5ดิกลิ)นัแลิะคายพลิ�งงานัท�#มากระทบไดิ�ท�(งหมดิ (ไม&ม�จร�ง)

เม)#อให�ความร�อนัก�บว�ตถ�ดิ-ามากข1(นั ท-าให�ม�การเปลิ&งร�งส�มากข1(นั

ความเข�มของร�งส� ข1(นัอย5&ก�บอ�ณหภ5ม�ของว�ตถ�

ส�ของร�งส�ท�#เปลิ&งออกมา ข1(นัอย5&ก�บอ�ณหภ5ม�

ทฤษฎี�ควอนัต�มของพลิ�งค�

แมกซิ� พลิ�งค� (Max Planck: 1858-1947) เสนัอว&าการดิ5ดิกลิ)นัหร)อปลิดิปลิ&อยพลิ�งงานัของว�ตถ�ดิ-าจ-าก�ดิไดิ�เพ�ยงบางค&าเท&านั�(นัหร)อเป6นักลิ�&มก�อนัเร�ยกว&า ควอนัต�ม (Quantum) โดิยค&าพลิ�งงานัเป6นัปฏิ�ภาคโดิยตรงก�บความถ�# (ν) ตามสมการE υ

E = hυ

เม)#อ h ค)อ ค&าคงท�#ของพลิ�งค� = 6.625 x 10-34 จ5ลิว�นัาท�

ปรากฏิการณ�โฟโตอ�เลิ+กทร�ก (ค.ศึ. 1905)

ปรากฎีการณ�ท�# ē หลิ�ดิจากผ่�วหนั�าของโลิหะ เม)#อโลิหะถ5กฉาย

แสงท�#ความถ�# (ν) มากกว&า ค&าความถ�#ข�ดิเร�#ม (ν0-threshold

value) ของโลิหะ

ไอนั�สไตนั� (Albert Einstein) ใช�แนัวค�ดิของพลิ�งค� อธ�บายปรากฏิการณ�ดิ�งกลิ&าว โดิยต�(งสมมต�ฐานัว&า แสงไม&ไดิ�ม�พฤต�กรรมของคลิ)#นั แต&แสงม�พฤต�กรรมเสม)อนัอนั�ภาค เร�ยกว&า โฟตอนั (Photon) ซิ1#งม�พลิ�งงานัเท&าก�บ hν

พลิ�งงานันั�อยท�#ส�ดิของโฟตอนัท�#ท-าให� e หลิ�ดิจากผ่�วโลิหะ เท&าก�บแรงดิ1งดิ5ดิระหว&างอ�เลิ+กตรอนัก�บนั�วเคลิ�ยส ค)อ Ε = hν°

e ท�#หลิ�ดิออกมาจากปรากฏิการณ�นั�( เร�ยกว&า โฟโตอ�เลิ+กตรอนั“ ”

พลิ�งงานัท�(งหมดิท�#ใช�ในัการท-าให�เก�ดิโฟโคอ�เลิ+กตรอนั ค)อ

Etotal= ho + K.E.= ho + ½ mv2

ความเข�มแสงมาก จ-านัวนัโฟตอนัมาก จ-านัวนัโฟโต อ�เลิ+กตรอนัมาก

Slope = hho

สเปกตร�มของไฮโดิรเจนั

เม)#อประจ�อ�เลิ+กตรอนัชนัก�บแก>สไฮโดิรเจนัท�#อย5&ในัหลิอดิ จะเก�ดิการเร)องแสง แลิะเม)#อแสงจากหลิอดิผ่&านัสลิ�ทแลิะปร�ซิ1มจะห�กเหไดิ�เส�นัสเปกตร�ม ซิ1#งเป6นัสเปกตร�มเปลิ&งออกมา (Emission spectrum) ของไฮโดิรเจนั

ร5ปแบบของสเปกตร�มของไฮโดิรเจนัจะม�ลิ�กษณะเป6นัเส�นัๆ

(line spectrum) ไม&ต&อเนั)#อง

จ1งเก�ดิค-าถามว&า1. ท-าไมแสงจ1งเปลิ&งออกมาจากแก>ส

ไฮโดิรเจนั2. ท-าไมแสงเปลิ&งออกจ1งม�

ความยาวคลิ)#นัเพ�ยงบางค&าเท&านั�(นั

ระดิ�บพลิ�งงานัท�#อ�เลิ+กตรอนัอย5&ม�ลิ�กษณะเป6นัช�(นัๆ ไม&ต&อเนั)#อง

ระดิ�บช�(นัของพลิ�งงานั โดิยท�# n เป6นั

เลิขจ-านัวนัเต+ม

โดิยปกต� อ�เลิ+กตรอนัในัอะตอมจะอย5&ในัระดิ�บพลิ�งงานัต-#าส�ดิท�#เร�ยกว&า สถานัะพ)(นั“ ” (ground state)

เม)#ออะตอมไดิ�ร�บพลิ�งงานัความร�อนัจากไฟฟ;าศึ�กย�ส5ง อ�เลิ+กตรอนัในัอะตอมจะไดิ�ร�บพลิ�งงานัเพ�#ม แลิะไปอย5&ในัระดิ�บพลิ�งงานัท�#ส5งข1(นั เร�ยกว&า สถานัะกระต��นั (excited state) สถานัะกระต��นั

(excited state)

สถานัะพ)(นั (ground state)

e

h

กระบวนัการดิ5ดิกลิ)นัพลิ�งงานัโดิยอ�เลิ+กตรอนั

เม)#ออ�เลิ+กตรอนักลิ�บมาท�#เดิ�ม ก+ต�องปลิ&อยพลิ�งงานัส&วนัเก�นัออกมาในัร5ปของพลิ�งงานัร�งส� ปรากฏิเป6นั สเปกตร�ม

สถานัะกระต��นั (excited state)

สถานัะพ)(นั (ground state)

e

E = E2 – E1

= h

E2

E1

กระบวนัการคายพลิ�งงานัโดิยอ�เลิ+กตรอนั เก�ดิเป6นั สเปกตร�ม

ความยาวคลิ)#นัของสเปกตร�มเปลิ&งออก ΔE.

ทฤษฎี�อะตอมไฮโดิรเจนัของบอห�รบอห�ร (Niels Bohr: 1885-1962)

เสนัอแนัวค�ดิเก�#ยวก�บโครงสร�างอะตอมของไฮโดิรเจนั โดิยใช�แนัวค�ดิของร�ทเทอร�ฟอร�ดิร&วมก�บทฤษฎี�ควอนัต�ม ดิ�งนั�(

นั�วเคลิ�ยส (p+n)

n = 4 321r

e

1 .อะตอมไฮโดิรเจนัประกอบดิ�วย

นั�วเคลิ�ยสท�#ม�อ�เลิ+กตรอนัโคจรรอบๆ นั�วเคลิ�ยสเป6นัวงกลิมโดิยม� ร�ศึม� rn ค)อ เลิขควอมต�มม�ค&าเป6นั 1, 2, 3, ...

2. อ�เลิ+กตรอนัโคจรรอบๆ โดิยไม&ส5ญ์เส�ยพลิ�งงานั ซิ1#งเร�ยกว&าสถานัะ

คงต�ว โดิยท�#โมเมนัต�มเช�งม�มของวงโคจรจะม�ค&าเป6ฯจ-านัวนัเต+มเท&า

ของ nh ซิ1#งเข�ยนัไดิ�ว&า 2 L = mevr = nh

2

L = โมเมนตั�มเชิ�งมมme = มวลิของอ�เลิ+กตรอนัv = ความเร+วh = ค&าคงท�#ของพลิ�งค�

3. อ�เลิ+กตรอนัสามารถจะร�บแลิะปลิดิปลิ&อยพลิ�งงานัไดิ� เม)#อม�การ

เปลิ�#ยนัวงโคจร โดิยค&าของพลิ�งงานัจะเท&าก�บ ค&าของพลิ�งงานั

ท�#แตกต&างก�นัของวงโคจรท�(งสอง ค)อ E = h = E2 – E1

e จากวงในั วงนัอก (ร�บพลิ�งงานั) E เป6นั +

e จากวงนัอก วงในั (คายพลิ�งงานั) E เป6นั -

4. อ�เลิ+กตรอนัท�#อย5&ในัวงโคจรดิ�งกลิ&าวจะม�พลิ�งงานัค&าหนั1#งคงท�# แลิะ

ตลิอดิเวลิาท�#อย5&ในัวงโคจรเดิ�ยวจะไม&ดิ5ดิพลิ�งงานั หร)อส5ญ์เส�ย

พลิ�งงานัแต&อย&างใดิ ค&าพลิ�งงานันั�(ค-านัวณไดิ�จากสมการ

เม)#อ me = มวลิของอ�เลิ+กตรอนั z = เลิขเช�งอะตอม n = 1, 2, 3

ส-าหร�บ H จากสมการ ค&าในัวงเลิ+บจะเป6นัค&าค&งท�# = 2.18 x 10-11 ergหร)อ 13.61 evส-าหร�บร�ศึม�ของอ�เลิ+กตรอนัในัวงโคจรท�#ม�เลิขควอนัต�ม n ค)อ r = n2a0

a0 ค)อ ค&าคงท�# เร�ยกว&า ร�ศึม�อะตอมไฮโดิรเจนัของบอห�ร“ ”

ทฤษฎี� Bohr ม�ข�อจ-าก�ดิ ค)อใช�ไดิ�ดิ�ก�บ H แลิะไอออนัท�#ม� ē เท&า H (He+, Li2+) เท&านั�(นั

สมการ Rydberg ใช�ไดิ�ก�บท�กอะตอม

n = ความถ�# (Hz)n = เลิขคลิ)#นั (cm-1) = ความยาวคลิ)#นั (cm, nm)R = Rydberg constant = 109,678 cm-1

อนั�กรมในัสเปกตร�มอะตอม Hตามสมการของ Rydberg

ช)#ออนั�กรม

na nb ช&วง

Lyman 1 2, 3, 4,…. UV

Balmer 2 3, 4, 5,…. Visible

Paschen

3 4, 5, 6,….

Bragget

4 5, 6, 7,…. Infra red

Fund 5 6, 7, 8,….

อนั�กรมในัสเปกตร�มอะตอม H

แบบจ-าลิองอะตอมตามทฤษฎี�ของบอห�ร แม�จะใช�ไดิ�ดิ�ก�บอะตอมท�#ม�อ�เลิ+กตรอนัเพ�ยงต�วเดิ�ยว แต&ไม&สามารถอธ�บายสเปกตร�มของอะตอมท�#ม�มากกว&าหนั1#งอ�เลิ+กตรอนัไดิ�เลิยนัอกจากนั�(วงโคจรวงกลิมของอ�เลิ+กตรอนัย�งไม&ตรงก�บร5ปร&างของโมเลิก�ลิท�#ไดิ�จากการศึ1กษาทางร�งส�เอกซิ�อ�กดิ�วย

นั�วเคลิ�ยส (p+n)

n = 4 321

ee

ee e

โครงสรางอะตอมตามหลิ�กกลิศึาสตรคลิ)#นั

เดิอบรอยลิ แสดิงใหเห+นัวาอ�เลิ+กตรอนัม�สมบ�ต�เปนัท�(งคลิ)#นัแลิะอนั�ภาค หร)อท�#เร�ยกวา ทว�ภาวะ (dual nature)เม)#อเปนัคลิ)#นั ; v = λν

เม)#อเปนัอนั�ภาค ; λ = h/mv

ไฮเซินัเบ�รก เสนัอหลิ�กความไมแนันัอนั (uncertaintyprinciple) โดิยม�ใจความวา

“ เราไมอาจทราบต-าแหนังแลิะความเร+วของอนั�ภาคเลิ+กๆ ขณะ

เคลิ)#อนัท�# ไดิอยางถ5กตองแนันัอนัท�(งสองอยางในัเวลิาเดิ�ยวก�นั”p.x h/4

∆x ค)อ ความไมแนันัอนัของต-าแหนัง∆p ค)อ ความไมแนันัอนัของโมเมนัต�ม

พบเลิขควอนัต�ม(ม� 4 ค&า)

Schrodinger

อธ�บายธรรมชาต�ของ e ในัอะตอม

ง�(นัเอาไปใช�เลิยดิ�กว&าเนัอะ

เออ! สมการม�นัแก�ยากนัะ

• ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ n• แสดิงระดิ�บพลิ�งงานัหลิ�ก• เป6นัเลิขจ-านัวนัเต+ม (n = 1, 2, 3,

……..)• เดิ�มเร�ยก Shell K, L, M

1. เลิขควอนัต�มหลิ�ก (Principal quantum number)

• ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ l• บอกระดิ�บพลิ�งงานัยอยของ e• l ม�คา 0 ถ1ง (n – 1) เช&นั n = 1, l = 0 n = 2, l = 0, 1

n = 3, l = 0, 1, 2

n = 4, l = 0, 1, 2, 3

2. เลิขควอนัต�มเช�งม�ม (Angular momentum quantum number)

l = 0 เร�ยกว&า s – orbital (sharp)

l = 1 เร�ยกว&า p – orbital (prinsiple)

l = 2 เร�ยกว&า d – orbital (diffuse)

l = 3 เร�ยกว&า f – orbital (fundamental)

• ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ ml

• บอกท�ศึทางการกระจายต�วของ e ในัช&องว&าง ภายใต�อ�ทธ�พลิของสนัามแม&เหลิ+ก

• ม�ค&าต�(งแต& -l ถ1ง +l หร)อ 2l + 1• แต&ลิะค&าของ l จะม�ระดิ�บพลิ�งงานัเท&าก�นั

เร�ยกว&า degeneracy

3. เลิขควอนัต�มแม&เหลิ+ก (Magnetic quantum number)

2

• ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ ms

• แสดิงถ1งท�ศึของการหม�นัรอบต�วเอง (spin) ของ e

• ม�เพ�ยง 2 คา ค)อ +1/2 (หม�นัทวนัเข+มนัาฬิ�กา)

แลิะ -1/2 (หม�นัตามเข+มนัาฬิ�กา)

3. เลิขควอนัต�มเช�งสปEนั (Spin quantum number)

Spin ข1(นั

Spin ลิงms = +1/2

ทวนัเข+ม

ms = -1/2

ตามเข+ม

จ-านัวนั e ท�#บรรจ�ในัระดิ�บพลิ�งงานัต&าง ๆ

• ระดิ�บหลิ�ก (n) ม� ē ไดิไมเก�นั 2n2

• ระดิ�บพลิ�งงานั n = 1 ม� ē ไดิไมเก�นั 2(1)2 = 2 ēระดิ�บพลิ�งงานั n = 2 ม� ē ไดิไมเก�นั 2(2)2 = 8 ēระดิ�บพลิ�งงานั n = 3 ม� ē ไดิไมเก�นั 2(3)2 = 18 ēระดิ�บพลิ�งงานั n = 4 ม� ē ไดิไมเก�นั 2(4)2 = 32 ē

• แต&ลิะออร�บ�ตอลิสามารถบรรจ� e ไดิ�ไม&เก�นั 2 e เท&านั�(นั

• s-orbital ม� 1 ออร�บ�ตอลิ บรรจ�ไดิ�มากส�ดิ 2 ep-orbital ม� 3 ออร�บ�ตอลิ บรรจ�ไดิ�มากส�ดิ 6 ed-orbital ม� 5 ออร�บ�ตอลิ บรรจ�ไดิ�มากส�ดิ 10 ef-orbital ม� 7 ออร�บ�ตอลิ บรรจ�ไดิ�มากส�ดิ 14 e

จ-านัวนั e ท�#บรรจ�ในัแต&ลิะออร�บ�ตอลิ

• ค)อ บร�เวณท�# ม�โอกาสพบ ē มากท�#ส�ดิ รอบนั�วเคลิ�ยส

• (ความหนัาแนันั ē ≈ 90%)

ออรบ�ท�ลิอะตอม (Atomic Orbital)

s - orbitalเปนัทรงกลิม การกระจาย ē เทาก�นั

ท�กท�ศึท�กทาง ไดิจาก l = 0ถา n = 1 1s - ออรบ�ท�ลิ

ถา n = 2 2s - ออรบ�ท�ลิ

p - orbital

ม� ml 3 คา ค)อ (+1, 0, -1)

p -orbital จ1งม�ไดิ 3 orbital

ข1(นัก�บระยะทาง แลิะ ท�ศึทาง

d - orbital

ม� ml 5 คา ค)อ (+2, +1, 0, -1, -2)

โอกาสท�#จะพบ e ข1(นัก�บระยะทางแลิะท�ศึทาง ดิ�งร5ป

f - orbital

ม� ml 7 คา ค)อ (+3, +2, +1, 0, -1, -2, -3)

โครงแบบ ē ในัอะตอม(Electron

Configuration)ค)อ การจ�ดิเร�ยง ē ในัอะตอม ท�#สถานัะ

พ)(นั (ground state)

การบรรจ�อ�เลิ+กตรอนัในัอะตอม�กออรบ�บ�ท�ลิ

หลิ�กการเอาฟบาว (Aufbau Principle)

หลิ�กการเอาฟบาว (Aufbau Principle)

1 .ใชหลิ�กของเพาลิ� ในัแตลิะออรบ�ท�ลิ “จะม�อ�เลิ+กตรอนัไดิมากท�#ส�ดิ 2 อ�เลิ+กตรอนั”

ส�ญ์ลิ�กษณ อะตอม�กออรบ�ท�ลิแลิะอ�เลิ+กตรอนั

ออรบ�ท�ลิ ใช�ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ ____ , ,

อ�เลิ+กตรอนั ใช�ส�ญ์ลิ�กษณ� ค)อ

2. บรรจ�อ�เลิ+กตรอนัโดิยเร�#มจากอะตอม�กออรบ�ท�ลิท�#วาง แลิะม� พลิ�งงานัต-#าส�ดิกอนั3. ใชกฎีของฮ�นัดิ (Hund.s rule) .ในัอะตอม�กออรบ�ท�ลิ ท�#ม�ระดิ�บพลิ�งงานัเทาก�นั (degenerate orbitals) ใหบรรจ�อ�เลิ+กตรอนัต�วเดิ�ยวใหครบท�กออรบ�ท�ลิกอนั (ใหม� อ�เลิ+กตรอนัเดิ�#ยวมากท�#ส�ดิเทาท�#จะมากไดิ)

4. ถาม�การจ�ดิเร�ยงเวเลินัซิอ�เลิ+กตรอนัอย5เต+มท�กออรบ�ท�ลิ จะเร�ยกวา การบรรจ�เต+ม (filled configuration) แตถาท�กออร บ�ท�ลิม�เวเลินัซิอ�เลิ+กตรอนัอย5เพ�ยงคร1#งเดิ�ยว จะเร�ยกวา การบรรจ� คร1#ง (half-filled configuration) การบรรจ�เต+ม จะเสถ�ยรกวาการบรรจ�คร1#ง

ว�ธ�บรรจ�อ�เลิ+กตรอนัในัอะตอมออรบ�ท�ลิตามแนัวลิ5กศึร

การจ�ดิเร�ยงอ�เลิ+กตรอนัดิวยเลิขควอนัต�ม

หลิ�กการก�ดิก�นัของเพาลิ� (Pauli Exclusion principle)

การแสดิงอ�เลิ+กตรอนัดิวยเลิขควอนัต�ม จะตองเปนัไปตามหลิ�กการก�ดิก�นัของเพาลิ� :

“ อ�เลิ+กตรอนัสองต�วในัอะตอมเดิ�ยวก�นัจะม�เลิขควอนัต�มท�(งส�# (n, l, ml, ms) เหม)อนัก�นัไมไดิ

ต�วอยาง : ฮ�เลิ�ยม(1,0,0, +1/2 )

(1,0,0, -1/2 )

จบแลิ�วคร�บผ่ม