µ «Õ¬ã ß¿ ¬ ã¡ « ¬æ è · 2018-02-12 · สารบัญ บทที่ 1...

«‘∑¬æ—≤πè

μ—«Õ¬ã“ß¿“

¬„π‡≈ã¡

เคมทวไป เลม 1

รองศาสตราจารยราน สวรรณพฤกษ

ฉบบพมพท 3 แกไขเพมเตมจากฉบบพมพท 2

พมพซ�าครงท 6 พฤศจกายน 2559

สงวนสทธตามพระราชบญญตลขสทธ พ.ศ. 2537

หามท�าซ�า ดดแปลง คดลอก ลอกเลยน หรอน�าไปเผยแพรในสอทกประเภท ไมวาสวนใดสวนหนง

ของหนงสอเลมน ตลอดจนหามมใหสแกนหนงสอหรอคดลอกสวนใดสวนหนงเพอสรางฐานขอมล

อเลกทรอนกส นอกจากจะไดรบอนญาตเปนลายลกษณอกษรจากบรษทวทยพฒน จ�ากด

จดท�ารปเลม จดพมพ และจ�าหนายโดย

บรษทวทยพฒน จ�ากด

52/103-104 ซอยรามค�าแหง 60/5 ถนนรามค�าแหง เขตบางกะป กรงเทพฯ 10240

โทรศพท 02 374 9915 โทรสาร 02 374 6495

E-mail: [email protected] Website: www.wphat.com

ส�านกพมพ วทยพฒน (www.facebook.com/wphat.edu)

ID: wphat.com

ราคา 280 บาท

ขอมลทางบรรณานกรมของหอสมดแหงชาต

ราน สวรรณพฤกษ.

เคมทวไป เลม 1.--กรงเทพฯ: วทยพฒน, 2559.

548 หนา.

1. เคม. I. ชอเรอง.

540

ISBN 978-616-7136-51-6

หากทานมขอตชม หรอค�าแนะน�าเกยวกบหนงสอหรอบรการของบรษทฯ กรณาสงจดหมายถงผจดการฝายลกคาสมพนธตามทอยดานบน หรอสงอเมลท [email protected] จกเปนพระคณยง

Chapter 1.indd 2 11/10/2559 15:48:28

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

ค�ำน�ำ

ารา เคมทวไป ชดนม 2 เลม เขยนขนตามหลกสตรวชาเคมทวไปของ

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ซงสอดคลองกบหลกสตรวชาเคมทวไประดบ

มหาวทยาลยของทกสถาบน รวมทงมหาวทยาลยราชภฏและมหาวทยาลย

เทคโนโลยราชมงคล ต�าราชดนจงสามารถน�าไปใชเปนต�าราเรยนวชาเคมทวไปในระดบมหาวทยาลย

ไดทกสถาบน

ในต�ารา เคมทวไป เลม 1 นมเนอหาแบงออกเปน 6 บท ประกอบดวย โครงสรางอะตอม

พนธะเคม การเขยนสตรและการเรยกชอสารประกอบอนนทรย การดลสมการและปรมาณสมพนธ

แกส และของแขง ผเขยนไดใหรายละเอยดของเนอหาในบทเรยนอยางตอเนองโดยล�าดบในทกแงมม

ดวยเหตและผลตามกระบวนการทางวทยาศาสตร รวมทงการใหตวอยางทเรมจากงายไปยากในทก

หวขอ ในบางตวอยางจะแสดงวธหาค�าตอบไดหลายวธซงสามารถเลอกไปใชไดตามความเหมาะสม

โดยฉบบพมพท 3 น ผเขยนไดเพมชอภาษาไทยในการเรยกชอสารประกอบอนนทรยไวในบทท 3

ดวย เพอใหอานเขาใจงายและเรยกชอสารไดถกตองตรงกน

นอกจากน ในทายบทแตละบทยงมแบบฝกหดจ�านวนมาก โดยผเขยนไดแยกโจทยแบบฝกหด

ตามหวขอของเนอหา ท�าใหเลอกท�าโจทยในเรองทตองการไดทนท และสามารถตรวจสอบความ

ถกตองจากเฉลยแบบฝกหดทมใหครบทกขอ ซงผเขยนไดเพมเตมค�าอธบายในเนอหาบางสวนไวใน

เฉลยแบบฝกหดดวยเพอความเขาใจทชดเจนขน

ผเขยนหวงเปนอยางยงวา ต�ารา เคมทวไป เลม 1 นจะเปนประโยชนตอการศกษาวชา

เคมทวไปตามสมควร และขอขอบคณหากผใชต�าราเลมนจะกรณาเสนอแนะหรอใหขอทวงตงใดๆท

เปนประโยชนเพอน�าไปใชปรบปรงต�ารา เคมทวไป เลม 1 นใหสมบรณมากยงขนในโอกาสตอไป

(รองศาสตราจารยราน สวรรณพฤกษ)

Chapter 1 D3.indd 3 20/6/2556 13:19:30

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

สารบญ

บทท 1 โครงสรางอะตอม 7

1.1 ธาตและอะตอม 7

1.2 แบบจำาลองอะตอมตามทฤษฎของโบร 17

1.3 แบบจำาลองอะตอมตามทฤษฎกลศาสตรควอนตม 45

1.4 การจดเรยงอเลกตรอนหรอโครงแบบอเลกตรอนของธาต 63

1.5 ความสมพนธระหวางการจดเรยงอเลกตรอนกบตารางพรออดก 72

1.6 แนวโนมของสมบตตามตารางพรออดก 86

แบบฝกหด 101

เฉลยแบบฝกหด 110

บทท 2 พนธะเคม 114

2.1 พนธะไอออน 115

2.2 พนธะโคเวเลนซ 120

2.3 ทฤษฎทใชอธบายพนธะโคเวเลนซ 125

2.4 ทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงเวเลนซ 183

2.5 การทำานายรปรางโมเลกล 197

2.6 ประจฟอรแมล 216

2.7 โครงสรางเรโซแนนซ 236

2.8 สภาพขวของโมเลกล 250

2.9 พนธะโลหะ 255

2.10 แรงระหวางโมเลกล 262



บทท 3 การเขยนสตรและการเรยกชอสารประกอบอนนทรย 304

3.1 เลขออกซเดชน 305

3.2 สารประกอบโคเวเลนซ 309

Chapter 1.indd 4 2/4/2556 13:44:38

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

3.3 สารประกอบไอออน 314



บทท 4 การดลสมการและปรมาณสมพนธ 330

4.1 ปฏกรยาเคมและสมการเคม 330

4.2 การดลสมการ 332

4.3 ปรมาณสมพนธ 349



บทท 5 แกส 394

5.1 สมบตทวไปของแกส 395

5.2 การวดปรมาตร อณหภม และความดนของแกส 396

5.3 ความสมพนธระหวางปรมาตรกบความดนทอณหภมคงตว:

กฎของบอยล 399

5.4 ความสมพนธระหวางปรมาตรกบอณหภมทความดนคงตว:

กฎของชารล 402

5.5 ความสมพนธระหวางความดนกบอณหภมทปรมาตรคงตว:

กฎของเกย–ลสแซก 404

5.6 ความสมพนธระหวางปรมาตรกบจำานวนโมลของแกส

ในปฏกรยาเคม: กฎของอาโวกาโดร 405

5.7 สมการกฎของแกสสมบรณและกฎรวมของแกส 407

5.8 ความดนของแกสผสม: กฎของดอลตน 416

5.9 การเกบแกสเหนอนำา 425

5.10 ทฤษฎจลนโมเลกลของแกส 428

5.11 กฎการแจกแจงความเรวโมเลกล 435

5.12 การแพรและการแพรผานของแกส: กฎการแพรของเกรแฮม 442

5.13 พฤตกรรมของแกสจรง 445



Chapter 1 D3.indd 5 6/6/2556 9:29:29

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

บทท 1 โครงสรางอะตอม

ในเดอนกมภาพนธ ค.ศ. 1987 บนทองฟาเหนอประเทศชล นกวทยาศาสตรพบปรากฏการณ

การระเบดของดาวขนาดใหญดวงลาสดดาวดวงนชอsupernova1987Aอยหางจากโลก160000ปแสง

และมมวล4เทาของมวลดวงอาทตยการระเบดของดาวดวงนท�าใหธาตจ�านวนมากกระจายออกสจกรวาล

การระเบดของดวงดาวเกดขนมานานนบเปนลานๆปมาแลวซงการระเบดแตละครงจะใหธาตตางๆ

ออกมาในรปของฝนและแกส เมอธาตตางๆในรปของฝนและแกสรวมตวกนกจะเกดเปนดวงอาทตยและ

ดาวเคราะหตางๆรอบดวงอาทตยนนส�าหรบระบบสรยจกรวาลซงมนษยอาศยอยนดาวเคราะหดวงทสาม

ทอยหางจากดวงอาทตยกคอโลก สงมชวตตางๆทเกดขนบนโลกในสภาวะแวดลอมทเหมาะสมกเกดจาก

การรวมตวของธาตตางๆบนโลก ซงธาตเหลานกมาจากการระเบดของดวงดาวดงทกลาวมาแลวนนเอง

1.1 ธาตและอะตอม

เปนเวลากวารอยปมาแลวทมนษยพยายามคนควาเพอใหทราบถงรายละเอยดของธาตตางๆ ม

ค�าถามเกดขนมากมายเพอหาค�าตอบทเกยวกบธาต เชน จะแบงแยกธาตออกเปนชนเลกๆไดหรอไม

หรอถาหากวาธาตหนงๆมองคประกอบพนฐานทไมสามารถแบงแยกออกไดแลว องคประกอบพนฐาน

เหลานนคออะไร หรออะไรเปนสาเหตใหธาตหนงมความแตกตางจากธาตอน ปจจบนมค�าตอบส�าหรบ

ค�าถามเหลานครบถวนแลว ตามรายละเอยดของเนอหาตอไปน

บทท 6 ของแขง 472

6.1 ระบบผลกและแลตทซบราเว 473

6.2 ความหนาแนนของผลก 476

6.3 การจดเรยงอนภาคในผลก 484

6.4 ของแขงไอออนหรอผลกไอออน และโครงสรางผลกสามญ 492

6.5 ของแขงโมเลกล หรอผลกโมเลกล 497

6.6 ของแขงโคเวเลนซ หรอผลกโคเวเลนซ 499

6.7 ของแขงโลหะ หรอผลกโลหะ 502

6.8 ตำาหนของแลตทซผลก 503

6.9 แผนผงวฏภาค 507



ภาคผนวก 527

ดรรชน 534

บญชคำาศพท 537

บรรณานกรม 541

Chapter 1 D3.indd 6 6/6/2556 9:29:30

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

บทท 1 โครงสรางอะตอม

ในเดอนกมภาพนธ ค.ศ. 1987 บนทองฟาเหนอประเทศชล นกวทยาศาสตรพบปรากฏการณ

การระเบดของดาวขนาดใหญดวงลาสดดาวดวงนชอsupernova1987Aอยหางจากโลก160000ปแสง

และมมวล4เทาของมวลดวงอาทตยการระเบดของดาวดวงนท�าใหธาตจ�านวนมากกระจายออกสจกรวาล

การระเบดของดวงดาวเกดขนมานานนบเปนลานๆปมาแลวซงการระเบดแตละครงจะใหธาตตางๆ

ออกมาในรปของฝนและแกส เมอธาตตางๆในรปของฝนและแกสรวมตวกนกจะเกดเปนดวงอาทตยและ

ดาวเคราะหตางๆรอบดวงอาทตยนนส�าหรบระบบสรยจกรวาลซงมนษยอาศยอยนดาวเคราะหดวงทสาม

ทอยหางจากดวงอาทตยกคอโลก สงมชวตตางๆทเกดขนบนโลกในสภาวะแวดลอมทเหมาะสมกเกดจาก

การรวมตวของธาตตางๆบนโลก ซงธาตเหลานกมาจากการระเบดของดวงดาวดงทกลาวมาแลวนนเอง


เปนเวลากวารอยปมาแลวทมนษยพยายามคนควาเพอใหทราบถงรายละเอยดของธาตตางๆ ม

ค�าถามเกดขนมากมายเพอหาค�าตอบทเกยวกบธาต เชน จะแบงแยกธาตออกเปนชนเลกๆไดหรอไม

หรอถาหากวาธาตหนงๆมองคประกอบพนฐานทไมสามารถแบงแยกออกไดแลว องคประกอบพนฐาน

เหลานนคออะไร หรออะไรเปนสาเหตใหธาตหนงมความแตกตางจากธาตอน ปจจบนมค�าตอบส�าหรบ

ค�าถามเหลานครบถวนแลว ตามรายละเอยดของเนอหาตอไปน

Chapter 1 D3.indd 7 3/6/2556 14:37:52

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

บทท 1 โครงสรางอะตอม8

1.1.1 ชอและสญลกษณของธาต

ในปจจบนมธาตทถกคนพบแลวทงหมด 117 ธาต ซงสามารถน�ามาจดเรยงล�าดบใน

ตารางพรออดกไดตงแตหมายเลข 1 ถง 116 และหมายเลข 118 โดยธาต 90 ธาตแรกเกดขน

เองตามธรรมชาตนอกนนเปนธาตทเกดจากการสงเคราะหโดยปฏกรยานวเคลยรธาตทเกดขน

เองตามธรรมชาตทพบมากบนผวโลก(รวมทงในมหาสมทรและบรรยากาศ)ม10ธาตคดเปน

ปรมาณ 99% โดยน�าหนกของธาตทงหมดในธรรมชาต สวนธาตในรางกายมนษยจะประกอบ

ดวยธาตหลก 3 ชนด คอ คารบอน ไฮโดรเจน และออกซเจน ซงคดเปน 93% โดยน�าหนก

ของธาตทงหมดในรางกายมนษย ธาตทพบมากบนผวโลกและในรางกายมนษยแสดงในตาราง

1.1

ตาราง 1.1 ธาตทพบมากบนผวโลกและในรางกายมนษย

ธาตบนผวโลก ธาตในรางกายมนษย

ธาต % โดยน�าหนก ธาต % โดยน�าหนก ธาต % โดยน�าหนก

ออกซเจน 49.1 แมกนเซยม 1.9 ออกซเจน 64.6

ซลคอน 26.1 ไฮโดรเจน 0.88 คารบอน 18.0

อะลมเนยม 7.5 ไทเทเนยม 0.58 ไฮโดรเจน 10.0

เหลก 4.7 คลอรน 0.19 ไนโตรเจน 3.1

แคลเซยม 3.4 คารบอน 0.09 แคลเซยม 1.9

โซเดยม 2.6 ก�ามะถน 0.06 ฟอสฟอรส 1.1

โพแทสเซยม 2.4 ธาตอนๆ 0.50 คลอรน 0.4

ธาตอนๆ 0.9

สวนการเรยกชอธาตนนกมทมาตางๆกนบางธาตเรยกจากชอดงเดมภาษากรกละตน

หรอเยอรมนทบอกถงสของธาตนน เชน บสมท (Bismuth) = สขาว อรเดยม (Iridium) =

สรงรบเดยม(Rubidium)=สแดงเขมและคลอรน(Chlorine)=สเหลองแกมเขยวเปนตน

บางธาตไดชอมาจากสถานททคนพบธาตนน เชน เจอรมาเนยม (Germanium) = เยอรมน

(Germany)แฟรนเซยม(Francium)=ฝรงเศส(France)และแคลฟอรเนยม(Californium)

= แคลฟอรเนย (California) เปนตน สวนบางธาตเรยกชอตามชอของนกวทยาศาสตร เชน

ไอนสไตเนยม(Einsteinium)=ไอนสไตน(Einstein)และคเรยม(Curium)=คร(Curie)

เปนตน และบางธาตตงชอตามเหตการณหรอสมบตของธาตนนๆ สวนชอของธาตเกาๆจ�านวน

มากกไมมทมา

Chapter1.indd 8 20/3/2556 15:49:29

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ส�ำหรบธำตท 113 ขนไปนนอยในระหวำงกำรตงชอ ดงนนในระหวำงทยงไมไดชอท

แทจรงใหใชกำรเรยกชอในระบบไอยแพก (IUPAC, International Union of Pure and

Applied Chemistry) เรยกแทนไปกอน โดยระบบนจะตงชอโดยเรยกเลขเชงอะตอมของธำต

เรยงล�ำดบตวเลขจำกซำยมำขวำเปนภำษำละตนแลวลงทำยดวย -ium

ตวเลขในภำษำละตนมชอดงน

0 = นล (nil) 5 = เพนต (pent)

1 = อน (un) 6 = เฮกซ (hex)

2 = ไบ (bi) 7 = เซปต (sept)

3 = ไตร (tri) 8 = ออกต (oct)

4 = ควอด (quad) 9 = เอนน (enn)

ดงนนธำตท 113 เรยกวำ อนอนเตรยม (Ununtrium) เปนตน

สวนสญลกษณของธำตคอชอยอของชอเตมโดยทวไปจะใชอกษรตวแรกหรอ2ตวแรก

ของชอธำต ซงธำตทมสญลกษณเปนอกษร 2 ตวใหเขยนอกษรตวแรกเปนตวพมพใหญและ

ตวทสองใชตวพมพเลก เชน

ไฮโดรเจน (Hydrogen) ใชสญลกษณ H

ฮเลยม (Helium) ใชสญลกษณ He

คำรบอน (Carbon) ใชสญลกษณ C

แคลเซยม (Calcium) ใชสญลกษณ Ca

สวนธำตทเรยกชอตำมระบบไอยแพก ใหใชสญลกษณเปนอกษร 3 ตว โดยแตละตว

เปนอกษรตวแรกของภำษำละตนทเรยกเลขเชงอะตอมทง 3 หลก เชน

ธำตท 113 อนอนเตรยม (Ununtrium) ใชสญลกษณ Uut

ธำตท 115 อนอนเพนเตยม (Ununpentium) ใชสญลกษณUup

โดยตำรำงทแสดงชอภำษำไทย ชอภำษำองกฤษ และสญลกษณของธำตทงหมดอย

ในภำคผนวก

แตมธำต11ธำตทใชสญลกษณตำมชอเดมในภำษำละตน(10ธำต)และภำษำเยอรมน

(1ธำต)กอนจะมกำรเปลยนแปลงเปนชอปจจบนชอและสญลกษณของธำต 11ธำตนแสดงใน

ตำรำง 1.2

Chapter 1 D2.indd 9 29/5/2556 9:03:16

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ตาราง 1.2 ชอและสญลกษณของธาตซงมาจากชอเดมในภาษาละตนและเยอรมน

ชอธาตปจจบน สญลกษณ ชอเดม

พลวง (Antimony) Sb สตเบยม (Stibium)

ทองแดง (Copper) Cu ควพรม (Cuprum)

ทอง (Gold) Au ออรม (Aurum)

เหลก (Iron) Fe เฟอรรม (Ferrum)

ตะกว (Lead) Pb พลมบม (Plumbum)

ปรอท (Mercury) Hg ไฮดราไจรม (Hydragyrum)

โพแทสเซยม (Potassium) K เคเลยม (Kalium)

เงน (Silver) Ag อารเจนทม (Argentum)

โซเดยม (Sodium) Na เนเทรยม (Natrium)

ดบก (Tin) Sn สแตนนม (Stannum)

ทงสเตน (Tungsten) W วลแฟรม (Wolfram)*

* ชอเดมในภาษาเยอรมน

เมอธาตตางๆรวมตวกนเกดเปนสารประกอบกจะเรยกชอสารประกอบตามชอของ

ธาตทเปนองคประกอบ แตสารประกอบบางชนดกมชอเฉพาะซงไมเกยวของกบชอธาตทเปน

องคประกอบ โดยรายละเอยดของการเรยกชอสารประกอบตางๆอยในบทท 3

1.1.2 องคประกอบของธาต

เมอประมาณ 200 ปทผานมา นกวทยาศาสตรยงคดวาเนอธาตทกชนดมสมบต

เหมอนกนทกๆสวน และสามารถถกแบงแยกออกเปนชนเลกทสดเทาทจะท�าไดโดยชนเลกๆ

ของธาตทกชนจะมสมบตเหมอนธาตเดมทกประการ เชน ชนทองแดงเลกทสดทตดจากแผน

ทองแดงใหญจะมสมบตเหมอนแผนทองแดงทกประการ แตในปจจบนนเมอการศกษาและการ

ทดลองมความกาวหนามากขน เราพบวาเมอน�าทองแดงเสนเลกๆมาขยายใหใหญขน ในเสน

ทองแดงจะประกอบดวยทรงกลมเลกๆทเรยงชดกนอยดงแสดงในภาพ 1.1 ทรงกลมเลกๆ

เหลานคออะตอมของทองแดงซงเปนหนวยทเลกทสดของทองแดงทแสดงสมบตของทองแดง

ถาแบงแยกอะตอมของทองแดงใหยอยลงไปอกจะไมปรากฏสมบตของทองแดง ดงนนทองแดง

หรอธาตใดๆกตามจะถกแบงแยกใหเลกกวาอะตอมโดยมสมบตเหมอนเดมไมได

Chapter1.indd 10 20/3/2556 15:49:29

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ภาพ 1.1 อะตอมทองแดงเรยงชดกนบนทราบ

เนองจากอะตอมมขนาดเลกการศกษารายละเอยดของอะตอมจงตองใชกลองจลทรรศน

โดยรศมอะตอมทองแดงยาวประมาณ 10-8 cm และลวดทองแดงยาว 1 cm จะประกอบดวย

อะตอมทองแดงจ�านวนถง 100 ลานอะตอม

1.1.3 องคประกอบของอะตอม

การศกษาองคประกอบในอะตอมประสบผลส�าเรจเปนขนแรกในปค.ศ.1897เมอ

เซอรโจเซฟจอหนทอมสน(SirJosephJohnThomson,ค.ศ.1856-1940)นกฟสกส

ชาวองกฤษพบวาอเลกตรอน (electron) เปนอนภาคทมประจลบและเปนองคประกอบ

ในอะตอมของทกธาต สสารมประจในธรรมชาตไดเพราะประกอบดวยอนภาคทมประจลบ

นนเองจากการคนพบนทอมสนไดเสนอแบบจ�าลองของอะตอมวามลกษณะเหมอนดอกฝาย

ทบานเปนปย มรปรางเปนทรงกลม และมประจบวก สวนอเลกตรอนซงมขนาดเลกและม

ประจลบจะกระจายอยตามต�าแหนงตางๆในทรงกลมเหมอนเมลดฝายทกระจายอยในปย

ของดอกฝายดงแสดงในภาพ1.2โดยประจลบของอเลกตรอนเทากบประจบวกของปยฝาย

ท�าใหอะตอมเปนกลางทางไฟฟา

ภาพ 1.2 แบบจ�าลองอะตอมของทอมสน

มอเลกตรอนซงมประจลบกระจายอยในทรงกลมทมประจบวก

Chapter1.indd 11 20/3/2556 15:49:29

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ในป ค.ศ. 1911 ลอรดเออรเนสต รทเทอรฟอรด (Lord Ernest Rutherford,

ค.ศ.1871-1937)นกฟสกสชาวนวซแลนดไดท�าการทดลองเพอสนบสนนแบบจ�าลองอะตอม

ของทอมสน แตผลการทดลองกลบไดขอสรปทแตกตางจากทคาดไว กลาวคอ เมอ

รทเทอรฟอรดทดลองผานอนภาคแอลฟาจากแหลงก�าเนดเขาไปในแผนทองแดงบางๆ

รทเทอรฟอรดคาดวาอนภาคแอลฟาซงมขนาดเลกและมแรงทะลทะลวงนาจะผานอะตอม

โลหะซงมประจบวกเฉลยกระจายและประจลบทมขนาดเลกมากไดทงหมดโดยไมมการ

เบยงเบน แตผลการทดลองพบวาแมอนภาคแอลฟาสวนใหญจะผานไปได แตกมบาง

อนภาคเบยงเบนจากแนวเสนทางเดนเปนมมกวางและมอนภาคจ�านวนนอยมากทสะทอน

กลบ

ภาพ 1.3 การทดลองของรทเทอรฟอรด วงกลมคออะตอมโลหะ ลกศรคออนภาคแอลฟาทเดนทาง

เปนเสนตรง เสน a และ b คออนภาคแอลฟาทถาผานใกลนวเคลยสจะเกดการสะทอนกลบ

หรอเบยงเบนจากเสนทางเดนทเปนเสนตรง

รทเทอรฟอรดสรปจากผลการทดลองวาแบบจ�าลองอะตอมของทอมสนไมถกตองกลาว

คอ ประจบวกของอะตอมไมควรกระจายเฉลยไปทวอะตอม แตประจบวกและมวลทงหมดของ

อะตอมควรรวมกนเปนกลมกอนขนาดเลกทมมวลมากซงเรยกวานวเคลยส เนอทสวนใหญใน

อะตอมจะเปนทวางเปลาและมอเลกตรอนซงมขนาดเลกและเบามากกระจายตวอย โดยจ�านวน

อเลกตรอนจะเทากบจ�านวนประจบวกในนวเคลยส อะตอมจงมสภาพเปนกลางทางไฟฟา แบบ

จ�าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดแสดงในภาพ 1.4 (ก)

แบบจ�าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดสามารถใชอธบายผลการทดลองไดวา การท

อนภาคแอลฟาสะทอนกลบ (เสน a ในภาพ 1.3) เพราะเกดการผลกหรอชนกบนวเคลยส แต

ถาอนภาคแอลฟาผานไปใกลหรอเฉยดกบนวเคลยสกจะเบยงเบน (เสน b ในภาพ 1.3) และ

ถาผานเนอทซงเปนทวางหรอผานอเลกตรอนซงมขนาดเลกมากกจะผานไปได และเนองจาก

นวเคลยสมขนาดเลกจ�านวนอนภาคทสะทอนกลบหรอเบยงเบนจงมจ�านวนนอย

a

b

Chapter1.indd 12 20/3/2556 15:49:30

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ภาพ 1.4 (ก) แบบจ�าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด (ข) อนภาคในนวเคลยส

ตอมานกวทยาศาสตรพบวานวเคลยสประกอบดวยอนภาค 2 ชนด คอ โปรตอน

(proton)เปนอนภาคทมประจบวกและนวตรอน(neutron)เปนอนภาคทเปนกลางทางไฟฟา

อนภาคทง2ชนดในนวเคลยสนรวมเรยกวานวคลออน(nucleon)ตามทแสดงในภาพ1.4(ข)

และในทสดนกวทยาศาสตรกสามารถหามวลและประจของอนภาคทงหมดในอะตอมได

สรปไดวาอะตอมประกอบดวยอนภาค3ชนดคออเลกตรอนโปรตอนและนวตรอน

โดยโปรตอนและนวตรอนอยรวมกนเปนกลมกอนตรงกลางอะตอมและมน�าหนกมากเรยกวา

นวเคลยส สวนอเลกตรอนซงมขนาดเลกและน�าหนกเบามากจะกระจายตวอยรอบๆนวเคลยส

และจ�านวนโปรตอนซงมประจบวกจะเทากบจ�านวนอเลกตรอนซงมประจลบ รายละเอยดของ

อนภาคทง 3 ชนดแสดงในตาราง 1.3

ตาราง 1.3 อนภาคในอะตอม

ชอ สญลกษณประจ มวล

ไฟฟา คลอมบ, C ดอลตน, D* กรม, g

อเลกตรอน e -1 1.6× 10-19 0.000549 9.110 × 10-28

โปรตอน p +1 1.6 × 10-19 1.00728 1.673 × 10-24

นวตรอน n 0 0 1.00867 1.675 × 10-24

* หนวยเดมคอ หนวยมวลเชงอะตอม (atomic mass unit, amu) โดย 1 D = 1 amu

เนองจากมวลในหนวยกรมของอนภาคในอะตอมมคานอยมากจงนยมใชมวลในหนวย

ดอลตน(dalton,D)ซงไดจากการเปรยบเทยบกบอะตอมของธาตมาตรฐานคอ126C1อะตอม

ทก�าหนดใหมมวล 12.000 ดอลตน (1 ดอลตน = 1.66053 × 10-24 กรม)

(ก) มนวเคลยสอยตรงกลางของทรงกลมและ อเลกตรอนอยในทวางรอบๆนวเคลยส�

+

อเลกตรอน อเลกตรอน

นวเคลยส

นวคลออน โปรตอนนวตรอน

(ข) อนภาคในนวเคลยสคอนวคลออน ซงประกอบดวยโปรตอนและนวตรอน

Chapter 1 D2.indd 13 29/5/2556 9:03:31

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


1.1.4 สญลกษณทางนวเคลยรของธาต

สญลกษณทางนวเคลยรของธาตคอสญลกษณของธาตทมตวเลขแสดงจ�านวนอนภาค

ในนวเคลยสหรอจ�านวนนวคลออนซงคอจ�านวนโปรตอนและจ�านวนนวตรอนในนวเคลยสของ

ธาตนนๆจ�านวน 1 อะตอม เขยนก�ากบอยดวย โดยมวธการเขยนดงน

ก�าหนดให A = จ�านวนนวคลออน

Z = จ�านวนโปรตอนในนวเคลยส เรยกวาเลขเชงอะตอม

N = จ�านวนนวตรอนในนวเคลยส

จ�านวนนวคลออน = จ�านวนโปรตอน + จ�านวนนวตรอน

A = Z +N

ถาสญลกษณของธาตคอX

สญลกษณทางนวเคลยรของX คอ AZX

ตวอยางเชน ทองแดงมสญลกษณ Cu มจ�านวนนวคลออน 63 นวคลออน จ�านวน

โปรตอน29โปรตอนและจ�านวนนวตรอน34นวตรอนสญลกษณทางนวเคลยรของทองแดง

คอ 6329Cu

การเขยนสญลกษณทางนวเคลยรของธาตท�าใหทราบจ�านวนอนภาคในนวเคลยสและ

ทราบจ�านวนอเลกตรอนดวย เชน เมอเขยน6329Cuจะทราบวามจ�านวนโปรตอน29โปรตอน

จ�านวนอเลกตรอน 29 อเลกตรอน และจ�านวนนวตรอน = 63 - 29 = 34 นวตรอน เปนตน

ถาอเลกตรอนหลดหายไปจากอะตอมจะท�าใหอะตอมกลายเปนไอออนบวกซงมจ�านวน

อเลกตรอนนอยกวาโปรตอนในอะตอมเทากบจ�านวนประจบวกของไอออน โดยจะเขยนแสดง

ประจบวกทต�าแหนงบนทางดานขวามอของสญลกษณของธาตเชน6329Cu2+แสดงวามจ�านวน

อเลกตรอน29-2=27อเลกตรอนสวนจ�านวนโปรตอนและนวตรอนเทากบเมอเปนอะตอม

คอ 29 โปรตอนและ 63 - 29 = 34 นวตรอน ตามล�าดบ

ถาอะตอมไดรบอเลกตรอนเพมจะท�าใหอะตอมกลายเปนไอออนลบซงมจ�านวน

อเลกตรอนมากกวาโปรตอนในอะตอมเทากบจ�านวนประจลบของไอออนโดยจะเขยนแสดงประจ

ลบทต�าแหนงบนทางดานขวามอของสญลกษณของธาตเชน3216 S2-แสดงวามจ�านวนอเลกตรอน

16+2=18อเลกตรอนสวนจ�านวนโปรตอนและนวตรอนเทากบเมอเปนอะตอมคอ16โปรตอน

และ 32 - 16 = 16 นวตรอน ตามล�าดบ

ตวอยาง 1.1 ไอออนX2- มอเลกตรอน 24 อเลกตรอนและมนวตรอน 23 นวตรอน

ก) จงเขยนสญลกษณทางนวเคลยรของX และX3+

ข) จงหาจ�านวนอเลกตรอนของไอออนX3+

Chapter 1 D2.indd 14 29/5/2556 9:03:31

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ววธทา

ก) จ�านวนอเลกตรอนของX = 24 - 2 = 22 อเลกตรอน

∴ จ�านวนโปรตอนของX = 22 โปรตอน

∴ สญลกษณทางนวเคลยรของX คอ = 22 + 2322X = 4522X ตอบ

และสญลกษณทางนวเคลยรของX3+ คอ 4522X3+ ตอบ

ข) จ�านวนอเลกตรอนของ X3+ = จ�านวนอเลกตรอนของX - 3

= 22 - 3 = 19 อเลกตรอน ตอบ

การแบงธาตเปน3ประเภทตามจ�านวนโปรตอนนวตรอนและนวคลออนในสญลกษณ

ทางนวเคลยรมดงน

1. ธาตทมจ�านวนโปรตอนเทากนแตจ�านวนนวตรอนตางกน ธาตกลมนจะมสมบต

ทางเคมเหมอนกน เรยกวา ไอโซโทป (isotope) ตวอยางเชน 116C126C

136C

146C

ทง 4 ไอโซโทปมจ�านวนโปรตอน 6 โปรตอนเทากนแตจ�านวนนวตรอนตางกน ซง

ไอโซโทปคอธาตเดยวกนและจะมสมบตทางเคมเหมอนกน เพราะมจ�านวนอเลกตรอน

เทากน (เทากบจ�านวนโปรตอนทเทากน)

2. ธาตทมจ�านวนนวตรอนเทากน เรยกวาไอโซโทน (isotone) เชน93Li104Be

115B12

6C ทง 4 ไอโซโทนมจ�านวนนวตรอน 6 นวตรอน

3. ธาตทมจ�านวนนวคลออนเทากน เรยกวาไอโซบาร (isobar) เชน 125B126C

127N

ทง 3 ไอโซบารมจ�านวนนวคลออน 12 นวคลออน

ตวอยาง 1.2 ก�าหนดสญลกษณทางนวเคลยรของธาตสมมต 146X 178Y 2714Z

ธาตสมมตใดเปนไอโซโทปกบ 168O

ธาตสมมตใดเปนไอโซโทนกบ 157N

ธาตสมมตใดเปนไอโซบารกบ 2713Al

ววธทา

178Y เปนไอโซโทปกบ 168O (มจ�านวนโปรตอนเทากน = 8) ตอบ

146X เปนไอโซโทนกบ 157N (มจ�านวนนวตรอนเทากน = 8) ตอบ

2714Z เปนไอโซบารกบ

2713Al (มจ�านวนนวคลออนเทากน = 27) ตอบ

Chapter1.indd 15 20/3/2556 15:49:31

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


1.1.5 มวลเชงอะตอมและน�ำหนกเชงอะตอม

เราสามารถค�านวณหามวลเชงอะตอม(atomicmass)ของไอโซโทปหนงๆของธาต

ไดโดยการใชเครองมอชอ แมสสเปกโทรโฟโตมเตอร (mass spectrophotometer) ทดลอง

หาอตราสวนมวลเชงอะตอมของไอโซโทปนนๆกบ 126C ซงเปนไอโซโทปทมปรมาณมากทสด

ในธรรมชาต เมอแทนคามวลเชงอะตอมของ 126C 1 อะตอมซงก�าหนดใหเทากบ 12.000 D

ลงในอตราสวนดงกลาว กจะค�านวณหามวลเชงอะตอมของไอโซโทปนนๆได

ตวอยางเชนธาตโบรอนม2ไอโซโทปคอ 105Bและ115Bค�านวณหามวลเชงอะตอม

ของ 105B และ115B ไดดงน

มวลเชงอะตอมของ

105B

มวลเชงอะตอมของ126C = 0.8344 (จากเครองแมสสเปกโทรโฟโตมเตอร)

∴ มวลเชงอะตอมของ 105B = 0.8344 × มวลเชงอะตอมของ 126C

= 0.8344 × 12.000D = 10.013D

มวลเชงอะตอมของ

115B

มวลเชงอะตอมของ126C = 0.9174 (จากเครองแมสสเปกโทรโฟโตมเตอร)

∴ มวลเชงอะตอมของ 115B = 0.9174 × มวลเชงอะตอมของ 12

6C

= 0.9174 × 12.000D = 11.009D

เนองจากไอโซโทปตางๆของธาตแตละธาตมเปอรเซนตทมในธรรมชาตตางกน จง

ค�านวณหามวลเชงอะตอมของทกไอโซโทปตามเปอรเซนตทมในธรรมชาตแลวน�าคามารวมกน

ผลบวกของมวลเชงอะตอมของทกไอโซโทปกคอ น�ำหนกเชงอะตอม (atomic weight)

ของธาตนน ตวอยาง 1.3 แสดงการค�านวณหาน�าหนกเชงอะตอมของธาตโบรอน

ตวอยาง 1.3 ในธรรมชาตมธาตโบรอน 2 ไอโซโทป คอ 105B จ�านวน 19.9% และ115B

จ�านวน 80.1% ถามวลเชงอะตอมของ 105B มคา 10.013 D และของ 11

5B มคา 11.009 D

จงค�านวณหาน�าหนกเชงอะตอมของธาตโบรอน

ววธทา

มวลเชงอะตอมของ 105Bคดตามเปอรเซนตทมในธรรมชาต=19 9100

. × 10.013D= 1.99D

มวลเชงอะตอมของ 115Bคดตามเปอรเซนตทมในธรรมชาต =80 1100

. × 11.009D=8.82D

∴ น�าหนกเชงอะตอมของธาตโบรอน = 1.99D + 8.82D = 10.81D� ตอบ

Chapter 1 D2.indd 16 29/5/2556 9:03:44

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

171.� แบบ��าลองอะตอมตามท��องโบร�

หายย ตต

เมอหาน�าหนกเชงอะตอมของธาตคารบอน (126C) พบวาไดเทากบ 12.011 D (แต

มมวลเชงอะตอม 12.000 D) ใหสงเกตวาน�าหนกเชงอะตอมในหนวย D เปนน�าหนกของธาต

1 อะตอม แตน�าหนกเชงอะตอมในหนวย g/mol (ตวเลขคาเดยวกนแตหนวยตางกน) เปน

น�าหนกของธาต 1 mol หรอ 6.022× 1023 อะตอม ดรายละเอยดเพมเตมในบทท 4 หวขอ

4.3.3

1.2 แบบจ�าลองอะตอมตามทฤษฎของโบร

การทดลองเพอศกษาองคประกอบของอะตอมไดด�าเนนตอไป นกวทยาศาสตร

พบวาอนภาคในอะตอมทมความสมพนธกบผลการทดลองคออเลกตรอน ในป ค.ศ. 1913

ลกศษยของรทเทอรฟอรดชอนลส โบร (NielsBohr,ค.ศ. 1885-1962)นกฟสกสชาว

เดนมารกไดเสนอแบบจ�าลองอะตอมซงแสดงต�าแหนงของอเลกตรอนในอะตอมจากการศกษา

สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน ซงในการกลาวถงแบบจ�าลองอะตอมตามทฤษฎของโบรในล�าดบตอไป

จ�าเปนตองศกษาเรองรงสแมเหลกไฟฟาและสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนโดยสงเขปกอน

1.2.1 รงสแมเหลกไฟฟา

รงสแมเหลกไฟฟา (electromagnetic radiation) คอพลงงานรปหนงซงมลกษณะ

เปนคลนเรยกวาแสง(light)แสงทกชนดจะเคลอนทในสญญากาศดวยความเรว2.998 × 108m/s

ความเรวของแสงนใชสญลกษณcสวนความยาวคลนความถและเลขคลนของแสงใชสญลกษณ

l,n และ n ตามล�าดบ ความสมพนธระหวาง c,l,n และ n มดงน

n = 1l = n

c

หนวยของ n = เวลา-1 ซงถาเวลาเปนวนาท (s) หนวย s-1 คอHz (hertz)

l = m หรอ nmหรอ cm

n = m-1 หรอ nm-1 หรอ cm-1

แสงมอยหลายรปแบบเชนรงสเอกซ(X-rays)แสงทมองเหน(visiblelight)รงส

อนฟราเรด (infrared radiation) และรงสอลตราไวโอเลต (ultraviolet radiation) เปนตน

โดยแสงจะอยในรปแบบใดขนอยกบความถและความยาวคลนของแสงนนๆ ความสมพนธของ

ความถและความยาวคลนกบรปแบบตางๆของแสงแสดงในภาพ 1.5

Chapter1.indd 17 20/3/2556 15:49:32

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ภาพ 1.5 แสงรปแบบตางๆ

ราวตนครสตศตวรรษท 19นกฟสกสหลายทานไดศกษาปรากฏการณตางๆทเกยวกบ

แสงซงเปนแนวทางไปสแบบจ�าลองอะตอมทถกตองมากขนเชนการเปลงรงสของวตถทถกเผา

ใหรอน(emissionofradiationfromhotbody)และการทอเลกตรอนถกปลอยจากผวโลหะ

ทไดรบการฉายแสงหรอปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (photoelectric effect)

มกซพลงค(MaxPlanck,ค.ศ.1858-1947)นกฟสกสชาวเยอรมนไดรวบรวม

ความคดจากการทดลองดงกลาวและเสนอวา พลงงานแสงทเปลงออกมาจะมลกษณะเปน

กลมๆทไมตอเนอง เรยกกลมพลงงานแสงเหลานวาควอนตมของพลงงาน (E) ซงจะมคาทขนกบความถของแสงตามสมการ

E∝ n

E = hn ...... (1.1)

โดย h คอคาคงตวของพลงค มคา 6.6262 × 10-34 J⋅s

สมการของพลงคตามสมการ (1.1) นมความสมพนธกบแบบจ�าลองอะตอมตามทฤษฎ

ของโบรทจะไดกลาวตอไป

ความยาวคลน, λ

ความสงของคลน

รงสแกมมา รงสเอกซรงส

อนฟราเรด ไมโค

รเวฟ คลนวทย

คลนโทรทศน

ความถ, νความยาวคลน, λ

อลตร

าไวโอ

เลตแส

งทมอ

งเหน

มวง

คราม

นำเงน

เขยว

เหลอ

ง

สม แดง

700 n

m

400 n

m

Chapter 1 D2.indd 18 29/5/2556 9:03:59

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

191�� บบ��า�องอะตอมตามท��องโบร�

1.2.2 สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน

อะตอมในสภาวะปกตทสถานะพนจะไมเปลงแสงออกมา แตเมอกระตนอะตอมโดย

การใหความรอนหรอการผานประจไฟฟา (electrical discharge) แกอะตอม อะตอมจะเปลง

แสง และเมอผานแสงไปสปรซมหรอเกรตตง ปรซมหรอเกรตตงกจะแยกแสงออกเปนเสนๆซง

มความถหรอความยาวคลนตางๆกน เสนเหลานเรยกวาเสนสเปกตรม

ส�าหรบเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนนนเกดขนไดโดยผานประจไฟฟาไปยงหลอดแกว

ทบรรจแกสไฮโดรเจน (H2) ความดนต�า เมอแกสไฮโดรเจนไดรบประจไฟฟากจะแตกตวเปน

อะตอม และหลอดแกวจะเปลงแสงสแดง เมอผานแสงไปยงปรซมจะไดเสนสเปกตรมซงม

ความยาวคลนตางๆกนสเปกตรมชดแรกทพบอยในชวงแสงทมองเหนโดยจะเหนเปน4สคอ

สมวง สน�าเงน สเขยว และสแดง ตามภาพ 1.6

ในป ค.ศ. 1885 โยฮนน ยาคอบ บลเมอร (Johann Jakob Balmer, ค.ศ. 1825-

1898)นกฟสกสชาวสวสไดตงสมการเพอค�านวณหาความยาวคลนของเสนสเปกตรมของอะตอม

ไฮโดรเจนในชวงแสงทมองเหนคอ

n = 1λ = 1.09678 × 105 cm-1 ( 1

22 - 12n )

หรอ n = 1λ = 1.09678 × 105( 1

22 - 12n ) cm-1 ...... (1.2)

ภาพ 1.6 เสนสเปกตรมในชวงแสงทมองเหนของอะตอมไฮโดรเจน

เมอแทนคา n = 3, 4, 5, 6 และคา 1.09678 × 105 cm-1 เปนคาคงตว พบวาคา

nทค�านวณไดตรงกบ n ในเสนสเปกตรมชวงแสงทมองเหน 4 เสนและเมอแทนคา n = 7,

8, 9, ...,∞ จะไดเสนสเปกตรมเพมขนในชวงอลตราไวโอเลตใกล (near ultraviolet) ซงอย

ชดกนเปนแถบตดกบสเปกตรมเสนสมวงเสนสเปกตรมทงหมดทมคาn≥3จากสมการ(1.2)

นเรยกวาอนกรมบลเมอร

หลอดปลอยประจบรรจแกสไฮโดรเจน

ชองเลกยาวปรซม

มวง นำเงน เขยว แดง

410.3

nm 434.2 nm 486.3 nm 656.4 nm

Chapter 1 D2.indd 19 29/5/2556 9:04:00

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ตอมาทโอดอรไลแมน(TheodoreLyman,ค.ศ.1874-1954)นกฟสกสชาวอเมรกน

ไดพบชดเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนในชวงอลตราไวโอเลตไกล(farultraviolet)และ

ค�านวณหาคา n ของเสนสเปกตรมทงชดโดยใชสมการ

n = 1λ = 1.09678 × 105( 1

12 - 1

2n ) cm-1 ...... (1.3)

เมอแทนคา n = 2, 3, ..., ∞ คา n จากการค�านวณจะตรงกบคา n ของเสน

สเปกตรมทพบ เรยกเสนสเปกตรมทงชดทมคา n ≥ 2 จากสมการ (1.3) วาอนกรมไลแมน

ในทสด โยฮนเนส รอเบรต รดเบอรก (Johannes Robert Rydberg, ค.ศ. 1854-

1919) นกฟสกสชาวสวเดนไดเสนอสมการทใชกบเสนสเปกตรมทกชด คอ

n = 1λ = R( 1

12n - 1

22n ) cm-1 ...... (1.4)

โดย R = 1.09678 × 105 cm-1 เรยกวา คาคงตวของรดเบอรก

n1 และ n2 เปนเลขจ�านวนเตม และ n2 > n1

และตอมากไดมการคนพบเสนสเปกตรมชดอนๆของอะตอมไฮโดรเจนและตงชอเปน

อนกรมตามชอผทคนพบ สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนมทงหมด 5 ชด เมอใชสมการของ

รดเบอรกค�านวณหาคา n โดยแทนคา n1และ n2 จะไดผลถกตองตามรายละเอยดทแสดงใน

ตาราง 1.4 และภาพ 1.7

ตาราง 1.4 เสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนทงหมด 5 ชด

ชดท อนกรม ชวงแสง n1 n2

n2 ทใหคา nn

นอยทสด มากทสด

1 ไลแมน (Lyman) อลตราไวโอเลต 1 2, 3, 4, ...,∞ 2 ∞

2 บลเมอร (Balmer) แสงทมองเหนและอลตราไวโอเลตใกล 2 3, 4, 5, ...,∞ 3 ∞

3 ปาสเชน (Paschen) อนฟราเรด 3 4, 5, 6, ...,∞ 4 ∞

4 แบรกเกตต (Brackett) อนฟราเรด 4 5, 6, 7, ...,∞ 5 ∞

5 ฟนด (Pfund) อนฟราเรด 5 6, 7, 8, ...,∞ 6 ∞

Chapter 1 D2.indd 20 29/5/2556 9:04:01

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ภาพ 1.7 คา n ของเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน 3 ชดแรก

เสนสเปกตรมทมคา n มากทสดของทกชดอยในอนกรมไลแมนเมอ n1 = 1 และ

n2 =∞ และเสนสเปกตรมทมคา n นอยทสดของทกชดอยในอนกรมฟนดเมอ n1 = 5 และ

n2 = 6

เมอน�าสมการของพลงคมาระบคา E ของเสนสเปกตรมทมคา n ตางๆ จะไดความ

สมพนธตามสมการ

E = hn = hnc = h cλ

แนวโนมจากมากไปนอยของคา n , n, E และ λ กบชดของเสนสเปกตรม 5 ชด

มดงน

ไลแมน บลเมอร ปาสเชน แบรกเกตต ฟนด

n มาก นอย

n มาก นอย

E มาก นอย

λ นอย มาก

หรอถากลบขางชดของเสนสเปกตรม แนวโนมกจะกลบขางกนดงน

ฟนด แบรกเกตต ปาสเชน บลเมอร ไลแมน

n นอย มาก

n นอย มาก

E นอย มาก

λ มาก นอย

110000 80000 60000 40000 20000 5000

109678102823

89259 82259 27420 15233 533212186

ไลแมน บลเมอร ปาสเชนแสง

ทมองเหนอน-

ฟราเรดอลตราไวโอเลต

ν (cm-1)

Chapter 1 D2.indd 21 29/5/2556 9:04:01

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ตวอยาง 1.4 จงค�านวณหา

ก) เลขคลน (n) ในหนวย cm-1 ของสเปกตรมเสนท 2 ในอนกรมบลเมอร

ข) ความยาวคลน (λ) ทยาวทสดของเสนสเปกตรมในอนกรมปาสเชน ในหนวย nm

ค) พลงงาน (E) ในหนวย kJ/mol ของเสนสเปกตรมทมคา n และ λ จากขอ ก) และ

ขอ ข)

ง) ความถ (n) ในหนวย s-1 (Hz) ของเสนสเปกตรมทมคา n และ λ จากขอ ก) และ

ขอ ข)

ววธทา

การค�านวณหา n และ λ ของเสนสเปกตรมในอนกรมตางๆของอะตอมไฮโดรเจนจะใช

สมการของรดเบอรก

n = 1λ = 1.09678 × 105( 1

12n - 1

22n ) cm-1

ก) อนกรมบลเมอรมคา n1 = 2 และเสนสเปกตรมเสนท 1 จะมคา n2 = 3

ดงนนสเปกตรมเสนท 2 จะมคา n2 = 4แทนคา n1, n2 ในสมการหาคาn จะได

n = 1.09678 × 105( 122 - 1

42 ) cm-1

= 1.09678 × 105( 14 - 1

16 ) cm-1

= 2.05646 × 104 cm-1

ดงนนเลขคลนของสเปกตรมเสนท2ในอนกรมบลเมอรเทากบ2.05646 × 104cm-1

ตอบ

ข) อนกรมปาสเชนมคา n1 = 3 และสเปกตรมเสนทมคา λ ยาวทสดจะเปนเสนทมคา n

นอยทสด คอ n2 = 4 (n2 นอยทสด,122n มากทสด, n นอยทสด) แทนคา n1, n2

ในสมการหาคา λ จะได

1λ = 1.09678 × 105( 1

32 - 142 ) cm-1

= 1.09678 × 105( 19 - 1

16 ) cm-1 = 5331.55 cm-1

λ = 15331 55 1. -cm

λ = 1.87563 × 10-4 cm

= (1.87563 × 10-4 cm)( 1017

nmcm )

= 1.87563 × 103 nm

ดงนนความยาวคลนทยาวทสดของเสนสเปกตรมในอนกรมปาสเชนเทากบ1.87563

× 103 nm� ตอบ

Chapter 1 D2.indd 22 29/5/2556 9:04:02

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

23��

ค) จากสมการ E = hνc

จากขอ ก) ν = 2.05646 × 104 cm-1 = ( 2 05646 101

4. × cm )( 10

12 cmm )

= 2.05646 × 106m-1

เมอ h = 6.6262 × 10-34kg⋅m2/s (J⋅s = kg⋅m2/s)

c = 2.998 × 108m/s

จะได E = (6.6262 × 10-34kg⋅m2/s)(2.05646 × 106m-1) ×

(2.998 × 108m/s)

= 4.085 × 10-19kg⋅m2/s2

= 4.085 × 10-19 J

= 4.085 × 10-19 J/atom

= ( 4 085 101

19. ×

- Jatom )( 10

13-

kJJ )( 6 022 10

123. ×

atom

mol ) = 246.0 kJ/mol

ดงนนพลงงานของเสนสเปกตรมเสนท2ในอนกรมบลเมอรเทากบ246.0kJ/mol

� ตอบ

จากสมการ E = h cl

จากขอ ข) l = 1.87563 × 103 nm = (1.87563 × 103 nm)( 1109

mnm )

= 1.87563 × 10-6m

เมอ h = 6.6262 × 10-34kg⋅m2/s (J⋅s = kg⋅m2/s)

c = 2.998 × 108m/s

จะได E = (6.6262 × 10-34kg⋅m2/s)( 2 998 101 87563 10

86

..

× / × -

m sm )

= 1.059 × 10-19kg⋅m2/s2

= 1.059 × 10-19 J

= 1.059 × 10-19 J/atom

= ( 1 059 101

19. ×

- Jatom )( 1

103

kJJ )( 6 022 10

123. ×

atom

mol ) = 63.77 kJ/mol

ดงนนพลงงานของเสนสเปกตรมทมความยาวคลนยาวทสดในอนกรมปาสเชนเทากบ

63.77 kJ/mol� ตอบ

Chapter 1 D3.indd 23 3/6/2556 8:57:00

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ง) ค�านวณn จากn ในขอ ก) โดยใชความสมพนธ

n = nc

n = nc

เมอ n = 2.05646 × 104 cm-1, c = 2.998 × 1010 cm/s

จะได n = (2.05646 × 104 cm-1)(2.998 × 1010 cm/s) = 6.165 × 1014 s-1

ดงนนความถของสเปกตรมเสนท 2 ในอนกรมบลเมอรเทากบ 6.165 × 1014 s-1 (Hz)

� ตอบ

ค�านวณn จาก λ ในขอ ข) โดยใชความสมพนธ

nc = 1

λ

n = cλ

เมอ λ = 1.87563 × 10-4 cm, c = 2.998 × 1010 cm/s

จะได n = 2 998 101 87563 10

104

..

× ×

/-cm s

cm = 1.598 × 1014 s-1

ดงนนความถของเสนสเปกตรมทมความยาวคลนยาวทสดในอนกรมปาสเชนเทากบ

1.598 × 1014 s-1 (Hz)� ตอบ

1.2.3 ทฤษฎของโบร

แมวาจะพบเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนแลว แตนกวทยาศาสตรยงไมสามารถ

อธบายความสมพนธระหวางเสนสเปกตรมกบอนภาคในอะตอมได จนกระทงในป ค.ศ. 1913

นลสโบรไดศกษาความสมพนธของปรากฏการณทอะตอมไฮโดรเจนเปลงแสงเมอไดรบความรอน

และสมการทใชค�านวณความถของเสนสเปกตรมจากแสงของอะตอมไฮโดรเจนแลวไดตงทฤษฎ

เกยวกบการจดตวของอเลกตรอนในอะตอมสรปได 2 ขอ คอ

1. อเลกตรอนหมนรอบนวเคลยสเปนวงโคจรทเปนวงกลม โดยมโมเมนตมเชงมม

เปนจ�านวนเทาของคาคงตวของพลงค ดงนนเมอรศมวงโคจรของอเลกตรอนคอ r

(หนวย m) มวลของอเลกตรอนคอ m (หนวย kg) และความเรวของอเลกตรอน

คอ v (หนวย m/s) จะเขยนใจความนเปนสมการวา mvr = nh = nh2 οπ เมอ

n =ล�าดบวงโคจรของอเลกตรอนมคาเปนเลขจ�านวนเตมตงแต 1,2,3, ...,∞และ

h = h2 οπ

Chapter 1 D2.indd 24 29/5/2556 9:04:05

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ภาพ 1.8 แบบจ�าลองอะตอมไฮโดรเจนตามทฤษฎของโบร

อเลกตรอนทมโมเมนตมเชงมมคานจะเคลอนทในวงโคจรเดมซงมระยะหาง

จากนวเคลยสเทากบ r ตลอดไปตราบเทาทไมมพลงงานอนมารบกวน

ให E เปนพลงงานของวงโคจรอเลกตรอน โดยท

วงโคจรท 1 มพลงงาน = E1

วงโคจรท 2 มพลงงาน = E2

ดงนนวงโคจรท n จะมพลงงาน = En

ระดบพลงงานของวงโคจรอเลกตรอนจะเปนขนๆเหมอนขนบนได และ

อเลกตรอนในแตละวงโคจรกจะมพลงงานเทากบพลงงานของวงโคจรนนๆ

2. เมออเลกตรอนไดรบพลงงานหรอปลอยพลงงานออกมาเทากบผลตางของระดบ

พลงงานวงโคจรจะเปนผลใหอเลกตรอนเปลยนวงโคจร และพลงงานจ�านวนนจะ

เกยวของกบพลงงานแสงดงภาพ 1.9

ภาพ 1.9 (ก) อเลกตรอนทสถานะพน (ข) รบพลงงานขนไปสถานะกระตน

(ค) ปลอยพลงงานแสงออกมาเมอเปลยนระดบพลงงานจากสถานะกระตนสสถานะพน

ภาพ 1.9 (ก) แสดงต�าแหนงอเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจนในวงโคจรทม

ระดบพลงงานต�าสดซงเรยกวา สถานะพน และเมอไดรบพลงงานตามภาพ 1.9 (ข)

อเลกตรอนจะขนไปอยในวงโคจรทมระดบสงซงเรยกวา สถานะกระตน อเลกตรอนท

ถกกระตนนจะอยทวงโคจรทเทาไรขนอยกบพลงงานทไดรบถาไดรบพลงงานมากกจะ

+ +



วงโคจรท 1, E1วงโคจรท 2, E2

วงโคจรท 3, E3

r

v

(m)e- - - -

+ พลงงานพลงงานแสงE1 - E2

(ก) (ข) (ค)

E1

E2

E3

Chapter 1 D2.indd 25 29/5/2556 9:04:05

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡


ขนไปอยในวงโคจรทมพลงงานสงแตถาไดรบพลงงานนอยกจะขนไปอยในวงโคจรทม

พลงงานต�าอยางไรกดอเลกตรอนในวงโคจรทสถานะกระตนนนไมเสถยรและจะตอง

ลงมาอยในวงโคจรทมพลงงานต�าลงพรอมกบปลอยพลงงานออกมาในรปพลงงานแสง

ซงพลงงานนจะมคาเทากบผลตางของพลงงานระหวางวงโคจรทงสอง (ถาอเลกตรอน

ไดรบพลงงานทท�าใหอยระหวางวงโคจร เชน อยระหวาง E2 และ E3 อเลกตรอนจะ

ลงสวงโคจรทต�ากวา และพลงงานสวนเกนทนอยกวาความแตกตางของระดบพลงงาน

ระหวางวงโคจรจะเปลยนเปนพลงงานจลนของอเลกตรอน)

พลงงานแสงทอเลกตรอนปลอยออกมามคาสมพนธกบความถของแสงและม

ลกษณะเปนควอนตมตามสมการของพลงค คอ

DE∝ n

ดงนน DE = hn = hnc = h cl ...... (1.5)

เมอDE=ผลตางของระดบพลงงานระหวางวงโคจรอเลกตรอนทสถานะพน

(หรอวงโคจรทมพลงงานต�า) กบสถานะกระตน (หรอวงโคจรทมพลงงานสง) (และ

DE กคอ E ซงเปนควอนตมของพลงงานแสงในสมการของพลงค, E = hn)

โดย DE จะมเครองหมาย + หรอ - ขนอยกบการเปลยนวงโคจรของ

อเลกตรอนวาเปลยนจากวงโคจรทมพลงงานต�าไปสวงโคจรทมพลงงานสงหรอเปลยน

จากวงโคจรทมพลงงานสงสวงโคจรทมพลงงานต�า

DE = Enf -Eni

...... (1.6)

เมอ Enf คอระดบพลงงานของวงโคจรสดทายหลงการเปลยนแปลง (f =

final, สดทาย)

Eni คอระดบพลงงานของวงโคจรเรมตนกอนการเปลยนแปลง (i =

initial, เรมตน)

ถา Enf > Eni

แสดงวา DE มเครองหมาย + อเลกตรอนดดกลน

พลงงาน และเปลยนวงโคจรจากวงโคจรทมพลงงานต�า

(Eniมคานอย)สวงโคจรทมพลงงานสง(Enf

มคามาก)

ถา Enf < Eni

แสดงวาDEมเครองหมาย-อเลกตรอนคายพลงงาน

(เปนพลงงานแสง) และเปลยนวงโคจรจากวงโคจรทม

พลงงานสง (Eniมคามาก) สวงโคจรทมพลงงานต�า

(Enf มคานอย)

∆E เปน +Eni

Enf

∆E เปน -Eni

Enf

Chapter1.indd 26 20/3/2556 15:49:38

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

27��

สมการ (1.5) และ (1.6) ใชไดกบสเปกตรมของอะตอมและโมเลกล โดยหนวยของn

มกใชหนวย s-1 ท�าใหDEมหนวยเปน จล (joule, J) หรอกโลจล (kilojoule, kJ) ซงเปน

หนวย SI และนอกจาก J และ kJ แลวDE อาจมหนวย อเลกตรอนโวลต (electron volt,

eV) หรอแคลอร (calorie, cal) กได

1.2.4 การค�านวณพลงงานของอเลกตรอนในวงโคจรทn(En)

และรศมของวงโคจรอเลกตรอนท n (rn)

สมการทใชค�านวณหา En ในอะตอมไฮโดรเจนคอ (ไดจากผลบวกของพลงงานจากการเคลอนทของอเลกตรอน, 1

2 mv2 กบพลงงานศกยซงเกดจากแรงดงดดของอเลกตรอน

กบนวเคลยส* และมการปลอยพลงงานออกมามคาลบ, - Zer

2 )

En = -( 2 2 42

οπ m eh

e ) Zn

22 = -kZ

n2

2 ...... (1.7)

เมอ n คอล�าดบวงโคจรของอเลกตรอนมคาเปนเลขจ�านวนเตมตงแต1,2,3, ...,∞

me คอมวลอเลกตรอน = 9.11 × 10-28 g

e คอประจอเลกตรอน = 1.6 × 10-19 coulomb = 4.8 × 10-10 esu

(esu = electrostatic cgs unit)

h คอคาคงตวของพลงค=6.6262 × 10-34J⋅s=6.6262 × 10-27erg-sec

Z คอเลขเชงอะตอมของธาต

เมอแทนคาคงตวแลว สามารถค�านวณคา k ในหนวยตางๆไดดงน

k = 1312 kJ/mol

k = 2.18 × 10-18 J/atom ** (J/atom = J)

k = 13.6 eV/atom (eV/atom = eV)

k = 313.5 kcal/mol

* ค�ำอธบำยนเปนของอะตอมไฮโดรเจนซงมอเลกตรอน 1 อเลกตรอน ถำเปนอะตอมอนซงมอเลกตรอนมำกกวำ

1 อเลกตรอน พลงงำนศกยนจะมแรงผลกระหวำงอเลกตรอนดวย ท�ำใหพลงงำนศกยของอเลกตรอนเปลยนไป ซง

ทฤษฎของโบรไมไดกลำวถง เกดเปนขอจ�ำกด

** หนวย J/atom ไดจำกกำรเปลยนหนวย kJ/mol ดงน

1312( kJmol )( 10 J

1 kJ3 )( 1 mol

6.022 × 10 atom23 ) = 2.18 × 10-18 J/atom

Chapter 1 D2.indd 27 29/5/2556 9:04:21

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

�� ค��ส��28

En = -1312 22( )Z

n kJ/mol ...... (1.8)

En = - × -2 18 10 18 22

. ( )Zn J/atom ...... (1.9)

En = -13 6 22

. ( )Zn eV/atom ...... (1.10)

En = -313 5 22

. ( )Zn kcal/mol ...... (1.11)

E∞ = -kZ2

2ο∞

= 0

จากสมการการค�านวณคา En จะเหนวา เมอ n มคานอย En จะเปนคาลบมาก ซง

อธบายไดวาเมอnมคานอยแสดงวาวงโคจรอยใกลนวเคลยสมากนวเคลยสจงดงดดอเลกตรอน

ในวงโคจรไดมากท�าใหอเลกตรอนเสถยรและปลอยพลงงานออกมาก พลงงานของวงโคจรจงม

คาต�ามาก (ลบมาก) แตเมอ n มคามากอเลกตรอนอยหางจากนวเคลยสจงมแรงดงดดตอกน

นอย อเลกตรอนจะเสถยรนอยและปลอยพลงงานนอย พลงงานของวงโคจรจะสงขน (เปนลบ

นอยลง) จนเมออเลกตรอนอยหางทสดคอ n =∞ พลงงานจะสงสดคอเปน 0 ซงหมายความ

วานวเคลยสไมไดดงดดอเลกตรอนหรอกลาวไดวาอเลกตรอนหลดออกจากวงโคจรไปแลวนนเอง

ถาตองการค�านวณพลงงานทอเลกตรอนปลอยออกมา จะใชความสมพนธ DE = Enf

- Eni เมอ nf < ni และให nf = n1, ni = n2 (∴ n2 > n1)

DE = En1 - En2

แทนคาEn1 และEn2

ในหนวยตางๆ จะไดคาDE ดงน

DE = -1312 2

12( )Z

n - ( -1312 2

22( )Z

n ) kJ/mol

DE = -1312(Z2)( 112n

- 122n

) kJ/mol ...... (1.12)

DE = - × -2 18 10 18 2

12

. ( )Zn - ( - × -2 18 10 18 2

22

. ( )Zn ) J/atom

DE = -2.18 × 10-18(Z2)( 112n

- 122n

) J/atom ...... (1.13)

Chapter 1 D2.indd 28 29/5/2556 9:04:23

«‘∑¬æ—≤πè


¬„π‡≈ã¡

µ «Õ¬ã ß¿ ¬ ã¡ « ¬æ è · 2018-02-12 · สารบัญ บทที่ 1...

Documents