โครงสร างอะตอม (atomic structure)webmaster/mssql/data/chem/t2040114... ·...

เอกสารประกอบการสอนรายวิชา ว 40121 เคมี1 สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ

โครงสรางอะตอม (Atomic Structure)

เปนที่เชื่อกันมานานแลววา สารตางๆ นั้นประกอบดวยอะตอม แตอยางไรก็ตาม ก็ยังไมมใีครเคยเหน็รูปรางที่แทจริงของอะตอม รูปรางหรือโครงสรางอะตอมที่จะศกึษานัน้จึงเปนเพียงจนิตนาการ ที่สรางขึ้นเพื่อใหสอดคลองกับผลการทดลองซึ่งเรียกวา " แบบจําลองอะตอม " แบบจําลองนี้อาจถูกเปลี่ยนแปลงแกไขได หากมผีลการทดลองหรือขอมูลใหมๆ ซ่ึงแบบจําลองเดิมอธิบายไมได ฉะนัน้แบบจําลองอะตอมจึงไดรับการปรับปรุงแกไขมาหลายครัง้หลายหน เพือ่ใหสอดคลองกับผลการทดลองใหมๆ แนวคดิเรื่องอะตอมมีมาตั้งแตยุคกรีกโบราณโดยนักปราชญชาวกรีก ทีว่าอะตอมคือส่ิงที่เล็กที่สุดไมสามารถแบงไดอีก

แบบจําลองอะตอมของดอลตัน จากการที่ไมมีผูใดเห็นลักษณะอะตอมดวยตาเปลา John Dalton นักวิทยาศาสตรชาวอังกฤษ ไดเสนอแนวคดิเกีย่วกับอะตอมที่เรียกวาทฤษฎีอะตอม ในป ค.ศ. 1803(พ.ศ.2346) มีใจความสําคญัวา

1. สสารทุกชนิดประกอบดวยอนุภาคที่เล็กทีสุ่ด ซ่ึงไมสามารถแบงแยกตอไปไดอีก เรียกวา atom

2. อะตอมของธาตุชนิดเดยีวกัน ยอมมีสมบัติเหมือนกนัทุกประการ(เชนมีมวลเทากัน) และมีสมบัติแตกตางจากอะตอมของธาตุอ่ืน

3. ไมสามารถทําใหอะตอมสูญหายหรือเกิดใหมได (กฎทรงมวล) 4. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวทางเคมีระหวางอะตอมของธาตุตั้งแตสองชนิดขึ้นไป และจํานวนอะตอมของธาตุที่รวมตัวกนัจะเปนอัตราสวนตัวเลขลงตัวนอยๆ (กฎสัดสวนคงที่) Dalton เสนอมโนภาพของแบบจําลองอะตอมวา อะตอมมีลักษณะทรงกลมตัน มีขนาดเล็ก

มาก และไมสามารถแบงแยกไดอีก

นายเกียรติภูมิ รอดพันธ 1


แบบจําลองอะตอมของทอมสัน Sir Joseph John Thomson นักวิทยาศาสตรชาวอังกฤษไดรวบรวมนําการศึกษาดานตางๆของผูที่สนใจคนควาในสาขาตางๆ มารวมกันเปนแบบจําลองอะตอมใหม เพื่ออธิบายปรากฎการณที่แบบจําลองอะตอมของดอลตันไมสามารถอธิบายได การทดลองที่สําคัญคือ

1. หลอดรังสีแคโทดของ William Crookes 2. หลอดรังสีแคโทดของ Sir Joseph Jhon Thomson 3. การหาคาประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ํามัน ของ Robert Andrews Millikan 4. หลอดรังสีแคโทดของ Eugen Goldstrin

หลอดรังสีแคโทดของ William Crookes จากปรากฎการณธรรมชาติที่แสดงใหเหน็วา แกสนําไฟฟาไดคือ ปรากฎการณฟารอง ฟาผา นักวิทยาศาสตรจึงไดทําการทดลองเพื่ออธิบายการนําไฟฟาของ แกสพบวา ที่ความดัน 1 บรรยากาศ (1 atm) อากาศจะไมนําไฟฟา แตถาลดความดันลง และเพิ่มความตางศักยระหวางขั้วมากๆ gas จะนําไฟฟาไดด ี William Crookes ไดประดิษฐอุปกรณเพื่อจําลองปรากฎการณฟารอง ฟาผาประกอบดวยหลอดแกวที่บรรจุ gas ความดันต่ํา มีขั้วไฟฟาเปนแผนโลหะ(Electrode) 2 ขั้ว ตอเขากับเครื่องกําเนิดไฟฟาที่มีความตางศักยสูง (10,000 -20,000 volte) แผนโลหะดานไฟฟาลบเรียกวา ขั้ว cathode แผนโลหะดานไฟฟาบวกเรียกวา ขั้ว anode และยังไดวางฉากเรืองแสง (ZnS ซิงคซัลไฟด) ขนานไปตามยาวหลอด ดังรูป

รูปท่ี 1 หลอดรังสีแคโทดของ William Crookes แบบที่ 1



จากผลการทดลองของ Crookes พบวา

1. ที่ความดัน 1 บรรยายกาศ ไมเห็นการเปลีย่นแปลงใดๆ 2. เมื่อลดความดนัลง gas ภายในหลอดแกวจะเรืองแสง 3. เมื่อลดความดนัลงมากๆ บริเวณ anode จะเรืองแสงมาก 4. เมื่อนํากังหนัหมุนไดไปไวระหวางขัว้ anode และ cathode ใบพัดจะหมนุได


5. เมื่อนําฉากเรืองแสง ZnS ไวระหวางขัว้ anode และ cathode ฉากดานที่หนัไปทางขั้ว cathode เรืองแสงและเกิดเงา


เพราะฉะนั้นจงึสามารถกลาวไดวามีรังสีชนิดหนึ่งพุงออกมาจากขัว้ cathode เปนเสนตรงมายังขั้ว anode เรียกรังสีนี้วา Cathode ray Cathode ray ประกอบดวยอนภุาคไฟฟาที่มปีระจุลบและมีมวลเพราะสามารถทําใหใบพัดของกังหันหมุนได



หลอดรังสีแคโทดของ Sir Joseph Jhon Thomson ค.ศ. 1897 (พ.ศ. 2440) Sir Joseph Jhon Thomson นกัวิทยาศาสตรชาวอังกฤษ ไดดัดแปลงหลอดรังสีแคโทด ดังรูป

รูปท่ี 4 หลอดรังสีแคโทดของ Thomson แบบที่ 1

จากการทดลองพบวาเมื่อลดความดนัลงจนเกือบเปนสุญญากาศ จะมีจุดสวางบนฉากเรืองแสง Thomson จึงตั้งสมมุติฐานวา รังสี cathode เปนอนุภาคที่มีประจุ ดังนั้นอนภุาคควรจะเบีย่งเบนในสนามแมเหล็ก จึงตั้งเครื่องมือใหมดังรูป




เมื่อนําสนามแมเหล็กไฟฟาภายนอกมาลอ จุดสวางบนฉากเรืองแสงจะเบี่ยงเบนเขาหาขั้วบวกเสมอ เพราะฉะนั้น Thomson จึงสรุปวา Cathode ray ประกอบดวยอนุภาคลบที่เคล่ือนที่ออกจากขัว้ cathode ในลักษณะรังสี Thomson ไดทําการทดลองตอ โดย

1. เปลี่ยน gas ภายในหลอดรงัสี cathode โดยโลหะที่ทาํขัว้ยงัคงเดมิ พบวาไดผลการทดลองเชนเดิม

2. เปลี่ยนโลหะทีใ่ชทําขั้ว เปนโลหะชนิดตางๆ แตใช gas ชนิดเดิม พบวาไดผลการทดลองเชนเดิม

สรุปไดวา ไมวาจะบรรจุ gas ชนิดใด หรือใชโลหะชนิดใดมาทําขั้ว หลอดรังสี cathode จะใหรังสี cathode ท่ีเปนอนุภาคลบเหมือนกัน

Thomson ไดทําการทดลองตอ โดยนําหลอดรังสี cathode วางไวในสนามแมเหล็กและสนามไฟฟา ทีต่ั้งฉากกัน ดังรูป


จากนั้นคอยๆเพิ่มอํานาจสนามแมเหล็กจนรังสี cathode ไมมีการเบี่ยงเบน แสดงวาขณะนั้น ความแรงของสนามไฟฟามีคาเทากับความแรงของสนามแมเหล็ก Thomson อาศัยคาความแรงของสนามแมเหล็ก และความแรงของสนามไฟฟาที่กระทําตออนุภาคลบในรังสี cathode หาอัตราสวนประจุตอมวล (e / m) ของอนุภาค ได

e / m = 1.759 x 108 คูลอมบตอกรัม Thomson จึงสรุปวา อนุภาคไฟฟาที่มีประจุลบเปนองคประกอบของอะตอมของธาตุทุกชนิด

และเรียกชื่ออนุภาคนีว้า Electron จากการทดลองของ Thomson จึงหักลางแบบจําลองอะตอมของ Dalton คือ “อะตอมไมใชส่ิง

ที่เล็กที่สุด แตประกอบดวย electron และอนุภาคอื่น”



การหาคาประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ํามัน ของRobert Andrews Millikan ในป ค.ศ. 1909 (พ.ศ. 2452) Robert Andrews Millikan นักวิทยาศาสตรชาวอเมริกัน ไดทดลองหาคาประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ํามนั (Oil-drop experiment) ดังรูป

รูปท่ี 7 การทดลอง หาคาประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ํามัน

เมื่อพนละอองเม็ดน้ํามันเขาไป หยดน้ํามันจะเคลื่อนที่จากบนลงลางตามแรงดึงดดูของโลก แตเมื่อฉาย X-ray จะทําใหอากาศภายในแตกตวัเปนอนุภาคบวกและลบ ไปเกาะบนหยดน้ํามัน ทําใหหยดน้ํามันเกิดประจุ (ในการทดลองนี้จะศึกษาเฉพาะหยดน้ํามนัที่มีประจุลบเทานั้น) ดังนั้นเมือ่ใสสนามไฟฟาเขาไป หยดน้ํามันที่มีประจุลบเกาะอยูจะเคลื่อนที่ลงมาชาลง เพราะขั้วบวกที่อยูดานบนดึงดูดเอาไว จากนั้นปรับสนามไฟฟาจนกระทั่งแรงดึงดูดจากสนามไฟฟา(ดานบน) กับแรงดึงดูดของโลกมีคาเทากัน หยดน้ํามันจะลอยนิ่งนัน่คอื จากสมการ F1 = mg (1) เมื่อถา m = มวลของหยดน้ํามัน g = แรงดึงดูดของโลก F1 = แรงดึงดูดของโลกที่กระทําตอหยดน้ํามัน และจากสมการ F2 = Eq (2) เมื่อ q = ประจุบนหยดน้ํามัน E = สนามไฟฟา F2 = แรงที่สนามไฟฟากระทําตอประจุบนหยดน้ํามัน



เมื่อหยดน้ํามันลอยนิ่ง สมการที่ 1 = สมการที่ 2 F1 = F2

mg = Eq q = (mg) / E

คา m และ E หาไดจากเครื่องมือที่ใช Millikan พบวาประจุบนเม็ดน้ํามนัมคีาเปนเลขจํานวนเต็มคณูดวย 1.602 x 10-19 คูลอมบ (coulomb) Millikan จึงนับคาประจุไฟฟาของเม็ดน้ํามันที่นอยสุดวามีคา = 1 x 1.602x10-19 คูลอมบวาเปนประจุของเม็ดน้ํามันเมื่อมีอิเล็กตรอน 1 ตัว

เพราะฉะนั้น ประจุของอิเล็กตรอนมีคา = 1.602 x 10-19 coulomb

การหาคามวลของอิเล็กตรอน

เมื่อทราบคาประจุไฟฟาของอิเล็กตรอน กส็ามารถนํามาแทนคาในสมการของ Thomson สมการของ Thomson e / m = 1.759 x 108 coulomb / g แทนคา e จาก Millikan e = 1.602 x 10-19 coulomb จะไดมวลของ electron m = 9.11 x 10-28 g

หลอดรังสีแคโทดของ Eugen Goldstrin (การคนพบ Proton ) การที่อะตอมทุกชนิดมี electron เปนองคประกอบ แตอะตอมมีคุณสมบัติเปนกลางทางไฟฟา ทําใหนกัวิทยาศาสตรเชื่อวาจะตองมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟาเปนบวกเปนองคประกอบ ในป ค.ศ. 1889 (พ.ศ. 2429) Eugen Goldstrin นักฟสิกสชาวเยอรมัน ไดดัดแปลงหลอดรังสี cathode ดังรูป

รูปท่ี 8 หลอดรังสีแคโทดของ Eugen Goldstrin

โดยเลื่อน cathode และ anode ที่เจาะรูมาไวเกือบตรงกลาง และมีฉากเรืองแสงอยูที่ปลายทั้งสองขาง เมื่อผานกระแสไฟฟาศักยสูงเขาไป ปรากฎวามแีสงสวางเกิดขึ้นบนฉากเรืองแสงทั้งสอง ตรงกับตําแหนงที่เจาะรูไว แสดงวามีรังสีจากขั้ว anode ไปขั้ว cathode ผานรูตรงกลางที่เจาะไวไปกระทบกับฉากเรืองแสง รังสีนี้จะเกิดขึ้นพรอมๆกับ cathode ray เรียกรังสีที่พบใหมวา positive ray หรือ anode ray หรือ canal ray



เมื่อทดลองหลายครั้งโดยเปลีย่นชนดิของ gas ในหลอด พบวาอนภุาคที่มีประจุบวกเหลานี้มีอัตราสวนประจุตอมวลไมคงที่ และจะขึน้อยูกับชนดิของ gas ที่บรรจุในหลอด แตถาใช gas ชนิดเดมิแลวเปลี่ยนชนดิขั้วโลหะที่ทาํ anode พบวา อัตราสวนประจุตอมวลมีคาคงเดิม Goldstien ไดสรุปผลการทดลองวา อัตราสวนประจุตอมวลขึ้นอยูกับชนิดของ gas (gas ตางชนิดกนัจะมีมวลตางกัน) เมื่อใช Hydrogen gas จะไดอนุภาคบวก (H+

(g)) มีคาประจุตอมวลมากที่สุด โดยที่อนุภาคบวกนี้มีคาประจุเทากับ electron (ทําใหมวลของอนุภาคบวกดังกลาวมีคาต่ําสุด) จึงเรียกอนุภาคบวกหรอืไอออนบวกจาก Hydrogen gas วา Proton ซ่ึงมาจากภาษากรีกวา Proteinos ซ่ึงมีความหมายวา เปนสิ่งสําคัญสิ่งแรก (first importance)

Thomson เสนอแบบจําลองอะตอมวา อะตอมมีลักษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยอนภุาคโปรตอนที่มีประจบุวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบกระจายอยูทัว่ไปอยางสม่ําเสมอ อะตอมในสภาวะเปนกลางจะมปีระจุบวกเทากับประจุลบ นอกจากนี้ยังหาคา e /m ของ hydrogen gas หรือ proton ไดเทากับ 9.58 x 104 coulomb/ g แทนคา e = 1.6 x 10-19 จะไดคามวลของ proton = 1.66 x 10-24 g เมื่อเปรียบเทียบมวลของproton กับมวลของ electron พบวามวลของ protonจะมีคามากกวามวลของ electron ประมาณ 1800 เทา

รูปท่ี 9 แบบจําลองอะตอมของ thomson



แบบจําลองอะตอมของรัทเทอรฟอรด

หลังจากนกัวทิยาศาสตรชาวฝร่ังเศส Henri Becquerel ไดพบสารกัมมันตรังสี และเรินตเกน (W.K. Rontgen) คนพบ X-ray

Lord Ernest Ruthetford นักวิทยาศาสตรชาวนวิซีแลนดไดทําการการศึกษาธรรมชาติของรังสีที่เกิดจากสารกัมมันตรังสี พบวามี 3 ชนิด คือ

1. รังสี เอลฟา ( α-ray) ประกอบดวยอนภุาคที่มีประจุไฟฟาเปนบวก (+2) เปนนิวเคลียสของอะตอมของธาตุฮีเลียม คือประกอบดวย Proton 2 ตัว และ Neutron 2 ตัว ( ) อํานาจผานทะลุวัตถุไดนอยมาก ถูกกั้นโดยกระดาษเพียงแผนเดยีวหรือสองแผน

He42

2. รังสีเบตา (β-ray) ประกอบดวยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูง มีอํานาจการผานทะลสูุงกวารังสีเเอลฟา ถูกกั้นโดยใชแผนโลหะบางๆ

3. รังสีแกมมา (γ-ray) แสดงสมบัติเปนคล่ืนแมเหล็กไฟฟาที่มีความยาวคลื่นสั้นมากคลาย X-ray รังสีแกมมาไมมีมวลไมมปีระจุ มีอํานาจผานทะลุสูง ถูกกั้นไดโดยแผนตะกั่วหนา

การทดลองของรัทเทอรฟอรด

รูปท่ี 10 การทดลองการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผนทองคํา

ไดทําการทดลองโดยยิงอนภุาคแอลฟาไปยงัแผนทองคําบางๆ ซ่ึงมีฉากเรืองแสงกั้นอยูดานหลัง จากผลการทดลองไดขอสรุปดังนี ้



1 อนุภาคแอลฟา สวนใหญทะลุผานแผนทองคําไปในแนวเดิม แสดงวา อนุภาคแอลฟาตองวิ่งผานไปในทีว่างของอะตอม ดังนั้น อะตอมตองโปรง มีที่วางมาก

2 อนุภาคแอลฟา สวนนอยทะลุผานแผนทองคํา และเบี่ยงไปจากแนวเดิม แสดงวา อนุภาคแอลฟาตองวิ่งผานเขาไปใกลส่ิงที่มปีระจุบวก เชนเดียวกับอนภุาคแอลฟา และส่ิงนั้นจะตองมีมวลมาก (คือนิวเคลียสนัน้เอง ) แตปรากฏวาอนภุาคเปนเพียงสวนนอยเทานัน้ที่เบี่ยงเบนเชนนี ้หมายความวานิวเคลียสมีขนาดเล็ก โอกาสที่อนุภาคแอลฟาจะวิ่งเขาไปในนวิเคลียสจงึมีนอย

3 อนุภาคแอลฟาสวนนอยมาก สะทอนกลับ แสดงวา อนุภาคแอลฟาสวนนี้วิ่งชนกับนิวเคลียสในแนวตรงนวิเคลยีสพอดี จึงเกดิการสะทอนกลับ แตมีโอกาสนอยมาก เพราะนิวเคลียสมีขนาดเล็กมาก

4 รัทเทอรฟอรดไดเสนอแบบจําลองอะตอมใหมวา " อะตอมประกอบดวยนิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมกันอยูตรงกลางนิวเคลียสมีขนาดเล็กแตมีมวลมากและมีประจุบวก สวนอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบและมีมวลนอยมากวิ่งอยูรอบนวิเคลียสเปนบริเวณกวาง "

แบบจําลองอะตอมของ Rutherford

การคนพบนิวตรอน ในปค.ศ. 1930 (พ.ศ. 2473) W. Bothe และ H. Becker นกัเคมีชาวเยอรมันไดทดลองใชอนุภาคแอลฟายิงแผนโลหะแบริเล่ียม (Be) ปรากฎวาเกดิรังสีชนิดหนึ่งที่มีอํานาจทะลุผานไดดี และรังสีนีเ้มื่อชนกับโมเลกุลของพาราฟนจะได Proton ออกมา ตอมาในป ค.ศ. 1932(พ.ศ. 2475) Jame Chadwick นักวิทยาศาสตรอังกฤษไดเสนอวารังสีที่ชนแผนพาราฟนจนได Proton ออกมาแสดงวาอะตอมจะตองประกอบไปดวยอนภุาคมากกวาโปรตอนและอิเล็กตรอน และตั้งชื่อใหอนุภาคใหมที่พบวา neutron นอกจากนี้ chadwick ยังไดพิสูจนวาอนภุาค neutron ไมมีประจุ และคํานวณไดวา neutron มีมวลใกลเคียงกับ Proton



รูปท่ี 11 การทดลองของ Jame Chadwick

อนุภาคมูลฐานของอะตอม และสัญลกัษณนิวเคลียร จากการทดลองเพื่อพิสูจนโครงสรางภายในของอะตอมพบวาอะตอมประกอบไปดวยอนู

ภาคภายในทีเ่รียกวาอนุภาคมูลฐานซื่งมีดังตาราง อนุภาคมูลฐานของอะตอม ประกอบดวย โปรตอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน

อนุภาค สัญลักษณ ชนิดประจ ุ ประจุไฟฟา มวล(kg) มวลอนุภาค :มวล e โปรตอน p +1 1.602 x 10 -- 19 1.672 x 10-- 27 1836 นิวตรอน n 0 0 1.674 x 10-- 27 1839

อิเล็กตรอน e -1 1.602 x 10 -- 19 9.109 x 10-- 31 1 หมายเหต ุ (1) โปรตอนและอิเล็กตรอนมีประจุเทากนัแตชนดิของประจุตรงขามกัน

(2) นิวตรอนและโปรตอนมีมวลใกลเคียงกับสวนอิเล็กตรอนมีมวลนอยมาก (3) มวลของอะตอมคือมวลของนิวตรอนกับโปรตอน ไมรวมอิเล็กตรอนเพราะมีคา นอยมากจนไมมีผลตอมวลของอะตอม สัญลักษณนวิเคลียร คือ สัญลักษณของธาตุที่แสดงรายละเอียดเกีย่วกับจํานวนอนภุาคมูลฐาน

ของอะตอมโดยบอกเลขอะตอมไวมุมซาย และเลขมวลไวมุมบนซาย คอื X AZ

โดย X = สัญลักษณของธาตุ Z = เลขอะตอม A = เลขมวล (จํานวนโปรตอน + จํานวนนวิตรอน)

ตัวอยาง 12 C , 14 N , Na 6 72311



ไอโซโทป ( Isotope ) คือธาตุที่มีเลขอะตอมเหมือนกนั แตมีเลขมวลตางกนั หรือธาตทุี่มีจํานวน Proton เทากนั แตมีจํานวน neutron ตางกัน เชน 1

1H (โปรเทียม, สัญลักษณ H) 12H (ดวิทีเรียม, สัญลักษณ D) 1

3H (ทริเทียม, สัญลักษณ T) H2O D2O (heavy water) T2O ไอโซโทปตองเปนธาตุชนิดเดียวกัน และมจีํานวนโปรตอน (Proton) เทากัน ไอโซโทน ( Isotone ) ตองเปนธาตุคนละชนิดกัน และมนีิวตรอน (Neutron) เทากัน ไอโซบาร ( Isobar ) ตองเปนธาตุคนละชนิด และมเีลขมวล ( A ) เทากัน

คลื่นและสมบัติของคลื่นแสง

รูปท่ี 12 การเคลื่อนที่ของคลื่น

- สันคล่ืน (Crest) เปนตําแหนงสูงสุดของคลื่น หรือเปนตําแหนงที่มกีารกระจัดสูงสุดในทางบวก - ทองคลื่น (Crest) เปนตําแหนงต่ําสุดของคลื่น หรือเปนตําแหนงที่มกีารกระจดัสูงสุดในทางลบ - แอมพลิจูด (Amplitude) เปนระยะการกระจัดมากสุด ทั้งคาบวกและคาลบ - ความยาวคลืน่ (wavelength) เปนความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีคาเทากับระยะระหวางสันคล่ืนหรือทองคลื่นที่อยูถัดกัน ความยาวคลื่นแทนดวยสัญลักษณ มีหนวยเปนเมตร (m) - ความถี่ (frequency) หมายถึง จํานวนลูกคล่ืนที่เคล่ือนที่ผานตําแหนงใด ๆ ในหนึ่งหนวยเวลา แทนดวยสัญลักษณ มีหนวยเปนรอบตอวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ (Hz) - คาบ (period) หมายถึง ชวงเวลาที่คล่ืนเคลื่อนที่ผานตําแหนงใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนดวยสัญลักษณ มีหนวยเปนวินาทตีอรอบ (s) - อัตราเร็วของคลื่น (wave speed) หาไดจากผลคูณระหวางความยาวคลื่นและความถี่



คล่ืนแมเหล็กไฟฟา (Electromagnetic) เกิดจากการรบกวนทางแมเหล็กไฟฟา (Electromagnetic disturbance) โดยการทําใหสนามไฟฟาหรือสนามแมเหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนําใหเกิดสนามแมเหล็ก หรือถาสนามแมเหล็กมกีารเปลี่ยนแปลงกจ็ะเหนี่ยวนําใหเกิดสนามไฟฟา คล่ืนแมเหล็กไฟฟาเปนคล่ืนตามขวาง ประกอบดวยสนามไฟฟาและสนามแมเหล็กทีม่ีการสั่นในแนวตั้งฉากกนั และอยูบนระนาบตั้งฉากกบัทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คล่ืนแมเหล็กไฟฟาเปนคล่ืนที่เคล่ือนที่โดยไมอาศัยตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได คล่ืนแมเหล็กไฟฟามีความถีแ่ละความยาวคลื่นแตกตางกนั ซ่ึงครอบคลุมตั้งแต คล่ืนแสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด คล่ืนวิทย ุโทรทัศน ไมโครเวฟ รังสีเอกซ รังสีแกมมา เปนตน ดังนั้นคล่ืนแมเหล็กไฟฟา จึงมีประโยชนมากในการสื่อสารและโทรคมนาคม และทางการแพทย คล่ืนแมเหล็กไฟฟา เปนคล่ืนที่ประกอบดวยคล่ืนตางๆ หลายชนิดทั้งทีม่องเห็นและมองไมเห็น

รูปท่ี 13 คลื่นแมเหล็กไฟฟา

Max Planck พบวา พลังงานของคลื่นแมเหล็กไฟฟาจะเปนสัดสวนโดยตรงกับความถีข่องคลื่นนั้น

E photon = hν ( Planck’s equation )

E = พลังงานคลื่นแมเหล็กไฟฟา

ν = ความถี่ของคลื่นแมเหล็กไฟฟา h = คาคงที่ของ Plank 6.625 x 10—34 Js ความยาวคลื่น และความถี่มคีวามสัมพันธดังนี้

c = λν ( c = ความเร็วแสงในสุญญากาศ )



แสงขาว คือ คล่ืนแมเหล็กไฟฟา คือ คล่ืนแมเหล็กไฟฟาที่ประสาทตาของมนุษยสามารถสัมผัสไดโดยมีความยาวคลื่นอยูระหวาง 380 – 700 นาโนเมตร เมื่อแสงขาวผานปริซึม แสงขาวจะแยกออกเปนสีตางๆ ตอเนื่องกัน 7 สี ซ่ึงเรียกวา สเปกตรัมของแสงขาว แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นที่สุด สวนแสงสีแดงหักเหนอยทีสุ่ด จึงมีความยาวคลื่นมากทีสุ่ด แสงสีขาวที่ตามองเห็นได 7 สี คือ มวง คราม น้ําเงิน เขียว เหลือง แสด แดง

แสงสี ความยาวคลื่น (nm) มวง 380 – 420 คราม 420 – 460 น้ําเงิน 460 – 490 เขียว 490 – 580 เหลือง 580 – 590 แสด 590 – 650 แดง 650 – 700

สเปกตรัม (Spectrum) เกิดจาก อะตอมของธาตุไดรับพลังงานจํานวนหนึ่ง ทําให electron มีพลังงานสูงขึ้น electron จะเคลื่อนที่จากสภาวะปกติ (ground state) ไปสภาวะเรา (สภาวะกระตุน, excite state) แตพลังงานที่ electron ไดรับไมตอเนื่องจึงคายพลังงาน(ในรูปพลังงานแสง , spectrum) กลับมาอยูสภาวะเดิม (ground state) ดังรูป

รูปท่ี 14 แสดงการเกิดสเปกตรัม



ถาทราบคาพลังงานที่คายออกมา ( E) ก็สามารถหาความถี่ ( ν ) หรือความยาวคลื่น ( λ ) ทําใหสามารถระบุไดวาจะเกดิ spectrum สีใด

Spectrum ความยาวคลื่น (λ , nm) มวง 400-420 น้ําเงิน 420-490 เขียว 490-580 เหลือง 580-590 สม 590-650 แดง 650-700

Spectrum แบงออกเปน 2 ชนิดคือ 1. สเปกตรัมตอเนื่อง ( Continuous Spectrum) เปน spectrum ที่เห็นสีตอเนื่องกันไป เชน spectrum จากดวงอาทิตย(รุงกินน้ํา) 2. สเปกตรัมไมตอเนื่อง ( Discontinuous Spectrum) เปน spectrum ที่มีลักษณะเปนแถบเล็กๆไมตอเนื่องกันเนือ่งจากม ีความถี่ไมตอเนื่อง เชน spectrum ของ Hg, Ne, H

2 สเปกตรัมไมตอเนื่องนยิม

เรียกวา เสนสเปกตรัม (Line spectrum)



สเปกตรัมของธาตุ Spectrum เกิดจาก อะตอมของธาตุไดรับพลังงานจํานวนหนึ่ง ทําให electron มีพลังงานสูงขึ้น electron จะเคลื่อนที่จากสภาวะปกติ (ground state) ไปสภาวะเรา (สภาวะกระตุน, excite state) แตพลังงานที่ electron ไดรับไมตอเนื่องจึงคายพลังงาน(ในรูปพลังงานแสง , spectrum) กลับมาอยูสภาวะ

เดิม (ground state) ถาทราบคาพลังงานที่คายออกมา ( E) ก็สามารถหาความถี่ ( ν ) หรือความยาว

คล่ืน ( λ ) ทําใหสามารถระบุไดวาจะเกิด spectrum สีใด

รูปท่ี 15 การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน



Spectrum ของ Hydrogen เกดิจาก electron เคล่ือนที่จากระดับพลังงาน 3 , 4, 5, 6

แผนผังการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของ electron ของธาตุ Hydrogen

จาก E = hν ν = c/ λ E = h(c/λ)

สี spectrum ความยาวคลื่น พลังงาน (kJ) ผลตางของระดับพลังงาน สีแดง 656 3.02 x 10-22

สีน้ําทะเล 486 4.08 x 10-22

สีน้ําเงิน 434 4.57 x 10-22

สีมวง 410 4.84 x 10-22

1.06 x 10-23 kJ 4.9 x 10-23 kJ

2.7 x 10-23 kJ

จากตารางสีที่เห็นอยูในชวงสีที่มองเห็นไดแสดงวา เปนคาพลังงานที่ electron คายออกมาแลวอยูในระดับชั้น n = 2

สีแดง เปนสีที่แสดงวามีการคายพลังงานจาก n = 3 ไปที่ n = 2 สีน้ําทะเล เปนสีที่แสดงวามีการคายพลังงานจาก n = 4 ไปที่ n = 2 สีน้ําเงิน เปนสีที่แสดงวามีการคายพลังงานจาก n = 5 ไปที่ n = 2 สีมวง เปนสีที่แสดงวามีการคายพลังงานจาก n = 6 ไปที่ n = 2

และผลตางของระดับพลังงานนอยลง เปนการยืนยันวา ยิง่ระดับพลังงานสูง ระดับพลังงานยิ่งอยูชิดกัน



รูปท่ี 16 การเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน

ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนของธาตุไฮโดรเจน 1. ยิ่งระดับพลังงานสูงขึ้น ความแตกตางระหวางระดับพลังงานยิ่งนอยลง นั่นคือระดับพลังงานยิ่งสูงยิ่งอยูชิดกันมากขึ้น 2. electron ที่อยูในระดับพลังงานต่ํา จะเสถียรกวา electron ที่อยูในระดับพลังงานสูง แสดงวา electron ที่อยูใกล นิวเคลียสจะมีพลังงานนอยกวา electron ที่อยูไกลนวิเคลียส



แบบจําลองอะตอมของโบร

จากความรูเร่ือง spectrum Bohr ไดเสนอแบบจําลองใหมวา electron ในอะตอมวิง่วนอยูรอบนิวเคลียสเปนชั้น หรือเปนระดับพลังงานที่มีคาพลังงานเฉพาะคลายกับวงโคจรของดาวเคราะหรอบดวงอาทิตย แบบจําลองอะตอมของ Bohr เรียกชั้นของ electron ที่อยูช้ันใกล นวิเคลียสวา K shell (ระดบัพลังงาน n = 1) ช้ันของ electron ที่อยูถัดออกมาวา L shell (ระดับพลังงาน n = 2)M shell (ระดับพลังงาน n = 3) N shell (ระดับพลังงาน n = 4) O shell (ระดับพลังงาน n = 5) P shell (ระดับพลังงาน n = 6) Q shell (ระดับพลังงาน n = 7)

รูปท่ี 17 แบบจําลองอะตอมของโบร

Bohr ไดเสนอแบบจําลองอะตอม ดังรูป ทฤษฎีของ bohr ใชไดดี และสอดคลองกับสเปกตรัมของ H-atom

ในปค.ศ 1884 Johann Balmer ไดทําการศึกษาเสนสเปกตรัมของไฮโดรเจนทั้ง 4 เสน พบวา ความยาวคลื่นของเสนสเปกตรัมมีความสัมพันธตอเนื่องกัน และพบวาเสนสเปกตรัมกลุมนี้ไดจากการที่อิเล็กตรอนกระโดดจากระดับพลังงานที ่3, 4, 5 และ 6 มายังระดับพลังงานที่ 2 นอกจากนี้ยังพบเสนสเปกตรัมของธาตุอ่ืนที่มองเห็นดวยตาเปลาก็จะมกีารกระโดดจากระดบัพลังงานที่สูงกวามายังระดบัพลังงานที่ 2 ดังนั้นสเปกตรัมที่มองเห็น จากการที่อิเล็กตรอนคายพลังงานมาอยูที่ระดบัพลังงานที ่2 เรียกวา สเปกตรัมอนุกรมของบัลเมอร



การคายพลังงานของ electron ในรูป spectrum ในระดับพลังงานตางๆดังรูป

รูปท่ี 18 แสดงการคายพลังงานของ electron ในรูป spectrum ในระดับพลังงานตางๆ

ช่ือ กลุมของเสน

spectrum บริเวณทีพ่บ ความยาวคลื่น (λ)

Lyman ชวงรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) 0 - 400 Balmer ชวงแสงขาว (Visible) 400 – 700 Pascher ชวงรังสีอินฟราเรด (IR) 700-4000 Brackett ชวงรังสีอินฟราเรด (IR) 700-4000 Pfund ชวงรังสีอินฟราเรด (IR) 700-4000



แบบจําลองอะตอมแบบกลุมหมอก

รูปท่ี 18 แบบจําลองอะตอมแบบกลุมหมอก

แบบจาํลองอะตอมแบบกลุมหมอกเปนแบบจําลองที่นักวิทยาศาสตรคิดวาเปนไปไดมากที่สุดทั้งนี้ไดจากการประมวลผลการทดลองและขอมูลตางๆ อะตอมภายหลังจากทีโ่บรไดเสนอแบบจําลองอะตอมขึ้นมา สรุปไดดังนี ้

1.อิเล็กตรอนไมสามารถวิ่งรอบนิวเคลียสดวยรัศมีที่แนนอน บางครั้งเขาใกลบางครั้งออกหาง จึงไมสามารถบอกตําแหนงที่แนนอนได แตถาบอกไดแตเพียงที่พบอิเลก็ตรอนตําแหนงตางๆภายในอะตอมและอิเล็กตรอนที่เคล่ือนที่เร็วมากจนเหมือนกับอิเล็กตรอนอยูทัว่ไปในอะตอมลักษณะนี้เรียกวา "กลุมหมอก"

2.กลุมหมอกของอิเล็กตรอนในระดบัพลังงานตางๆจะมีรูปทรงตางกันขึน้อยูกับจํานวนอิเล็กตรอน และระดับพลังงานอิเล็กตรอน

3.กลุมหมอกทีม่ีอิเล็กตรอนระดับพลังงานต่ําจะอยูใกลนวิเคลียสสวนอเิล็กตรอนที่มีระดับพลังงานสูงจะอยูไกลนวิเคลียส

4.อิเล็กตรอนแตละตัวไมไดอยูในระดับพลังงานใดพลังงานหนึ่งคงที ่

5.อะตอมมีอิเล็กตรอนหลายๆระดับพลังงาน



พลังงานไอออไนเซชัน การศึกษาเกี่ยวกับพลังงานไอออไนเซชนั ถาใหพลังงานความรอนแกกาซ สารจะไมสามารถเปลี่ยนสถานะไดอีก แตมีผลทําให

อิเล็กตรอนของสารหลุดออกจากอะตอมในสถานะกาซ พลังงานความรอนที่นอยที่สุด ที่ทําใหอิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม ในสถานะกาซ

เรียกวา พลังงานไอออเซชัน (Ionization energy) หรือ IE มีไดหลายคา ซ่ึงเทากับจํานวนอิเล็กตรอนที่มีอยู เชน ธาตุไฮโดรเจน มี 1 อิเล็กตรอน จะมีเพียง IE เพียง 1 คา ในขณะที่ Ne มี 10 อิเล็กตรอน จะมี IE 10 คา

ถาทําใหอิเล็กตรอนตัวแรกหลุดออกมาจากอะตอมในสถานะกาซ เรียกวา พลังงานไอออไนเซชันลําดับที่ 1 (IE1) เชน

Mg(g) Mg+ (g) + e : IE1 = 744 kJ/mol การทําใหอิเล็กตรอนของแมกนีเซียมหลุดออกจากอะตอมแลวเปนไอออนบวกในสถานะกาซ

ตองใชพลังงาน 744 kJ/mol

Mg (g) Mg+ +2 (g) + e : IE2 = 1457 kJ/mol

การทําใหอิเล็กตรอนของ Mg (g) หลุดออกมาเปน Mg+ +2 (g) ตองใชพลังงาน1457 kJ/mol

Mg (g) Mg+2 +3 (g) + e : IE3 = 7739 kJ/mol

การทําใหอิเล็กตรอนของ Mg (g) หลุดออกมาเปน Mg+2 +3 (g) ตองใชพลังงาน 7739 kJ/mol นั่นคือ คา IE1 < IE2 < IE3 < IE4 <……..

ปจจัยที่มีผลตอคาพลังงานไอออไนเซชัน ขนาดของอะตอม มีผลตอคา IE ถาอะตอมมีขนาดเล็ก IE จะสูง (เพราะนิวเคลียสสงแรงดึง ดูดไวมาก) แตถาอะตอมมีขนาดใหญ IE จะต่ํา (เพราะนวิเคลียสสงแรงดึงดูดอเิล็กตรอนไดนอย โดยการพิจารณาดังนี ้

(1) ธาตุในหมูเดียวกัน คา IE จะเพิ่มจากลางขึน้บน (เพราะธาตุที่อยูดานลางมีขนาดใหญกวา (2) ธาตุในคาบเดยีวกนั คา IE จะเพิ่มจากซายไปขวา (เพราะขนาดอะตอมจะลดลงจากซายไปขวา

เนื่องจากอะตอมทางขวามีโปรตอนมากกวาทางซาย จึงมีแรงดึงดูดมาก ขนาดจึงเล็ก



การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานตางๆ การดึง electron ตัวแรกใหหลุดออกจาก atom ในสภาวะ gas ใชพลังงานนอยที่สุด แสดงวา เปน electron ที่อยูไกลจาก nucleus มากที่สุด จึงถูก nucleus ดึงดูดดวยแรงที่นอยทีสุ่ด สวนการดงึ electron ตัวตอๆไปตองใชพลังงานมากขึน้เพราะถูก nucleus ดึงดูดดวยแรงที่เพิ่มขึน้ พลังงาน ionization ของธาตุมีกี่ลําดับขึ้นอยูกับจํานวน electron ใน atom ของธาตุแตละชนิด ถาตองการดึง electron ออกจาก He(g) คร้ังเดียว 2 electron จะตองใชพลังงาน = IE1 + IE2



จากตารางแสดงวา คา IE ลําดับเดยีวกันของแตละธาตุมไีมเทากัน ทั้งนี้ขึ้นอยูกับจํานวน Proton ใน nucleus และระยะหางระหวาง nucleus กับ electron เมื่อพิจารณาคา IE ลําดับตางๆของธาตุแตละชนดิทําใหสันนษิฐานไดวา electron ที่วิ่งอยูรอบ nucleus มีการจัดเรียงตวัแยกออกเปนกลุมๆ

ความสัมพันธระหวางพลังงานไอออไนเซชัน และระดับพลังงานของอเิล็กตรอน

(1) อิเล็กตรอนที่อยูในระดับพลังงานเดียวกันจะมีคา IE ไมแตกตางกันมากนัก เพราะวาอยูหางจากนวิเคลียสพอๆ กัน จึงดดูกับนวิเคลียสดวยแรงใกลเคียงกัน การดึงอิเล็กตรอนเหลานี้ออกจากอะตอมจึงใชพลังงานพอๆ กัน

(2) อิเล็กตรอนที่อยูตางพลังงานกัน จะมี IE แตกตางกันอยางเห็นไดชัด เพราะอยูหางจากนิวเคลียสตางกันมาก จึงดึงดูดกับนวิเคลียสดวยแรงตางกัน การดึงดูดอิเล็กตรอนเหลานี้ออกจากอะตอม จึงตองใชพลังงานตางกันอยางเห็นไดชัด

(3) จํานวนกลุมของ IE ที่แตกตางกัน แสดงใหทราบวาธาตุนั้นมีอิเล็กตรอนอยูกี่ระดับพลังงานนอกจากนี้ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนบอกใหทราบวา ธาตุนั้นอยูคาบใดในตารางธาตุ

(4) อิเล็กตรอนที่อยูในระดับพลังงานนอกสุด เปนตัวบงบอกวาธาตุนั้นอยูในหมูใดของตารางธาตุ (พิจารณาไดชัดเจน สําหรับ 20 ธาตุแรก)

ขอควรสังเกต (1) อิเล็กตรอนที่อยูใกลนวิเคลียสมากที่สุด จะเสถียรมากที่สุด จึงมีพลังงานในตวัต่ําสุด ดังนั้น

การดึงอิเล็กตรอนตัวนี้ออกจากอะตอมของธาตุ จึงตองใชพลังงานไอออไนเซชันสูงสุด (2) อิเล็กตรอนที่อยูไกลนวิเคลียสที่สุด จะเสถียรนอยที่สุด เพราะมีพลังงานในตวัสูงสุด การดึง

อิเล็กตรอนตัวนี้ออกจากอะตอมของธาตุจึงใช พลังงานอกีเพียงเล็กนอย คาพลังงานไอออไนเซชันจึงต่ําสุด



บริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอน (ออรบิตอล) เนื่องจากแบบจําลองอะตอมของ Bohr ไมสามารถอธิบายเสน spectrum ของอะตอมที่มี

หลาย electron ได นักวิทยาศาสตรในสมัยตอมาไดทําการทดลองคนควาเพื่อสรางแบบจําลองอะตอมใหมโดยใชทฤษฎีทาง Quantum แบบจําลองใหมนี้เรียกวาแบบจําลองอะตอมแบบกลุมหมอก มีลักษณะดังนี ้

1. electron เคล่ือนที่รอบๆนิวเคลียสอยางรวดเร็วเปนรูปทรงตางๆ 2. ไมสามารถบอกตําแหนงที่แนนอนของ electron ได บอกไดเพยีงแตโอกาสที่จะพบ

electron ที่ตําแหนงตางๆเทานั้น ปรากฏการณแบบนีเ้รียกวา กลุมหมอกของ electron บริเวณใดที่มีกลุมหมอกหนาแนน แสดงวามีโอกาสที่จะพบ electron มาก บริเวณใดที่มีกลุมหมอกของ electron เบาบาง แสดงวามีโอกาสพบ electron นอยลง

3. electron ที่มีพลังงานต่ําอยูในบริเวณใกลนิวเคลียสมากกวา electron ที่มีพลังงานสูง 4. ผลรวมของกลุมหมอกของ electron ทุกระดับพลังงานจะเปนรูปทรงกลม 5. โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนเปนทรงกลมจะเรียกวา s-orbital

โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนเปนทรงดัมเบลจะเรียกวา p-orbital เปนตน

s-orbital

p-orbital



d-orbital

f-orbital



การจัดเรียง electron ในระดับพลังงานยอย จากคาพลังงาน ionization สามารถอธิบายการจัดเรยีง electron ได 20 ธาตุแรก แตไมสามารถอธิบายการจัดเรียง electron ของธาตุที่ 21 วา เพราะอะไรจึงมีการจัดเรียง electorn เปน 2, 8, 9, 2 แทนที่จะเปน 2, 8, 8, 3 ปจจุบันไดนําหลักการที่เรียกวา หลักของเอาฟบาว หรือ Aufbau Principle ( aufbau เปนภาษาเยอรมัน แปลวาการสรางขึ้นมา)มาใชในการจดัเรียง electron ภายใน atom ตางๆ

หลักของเพาล ี (Pauli Exclusion Principle) ที่กลาววา ไมมีอิเลกตรอนคูใดในอะตอมเดียวกันทีม่ีเลขควันตัมทั้งส่ีเหมือนกนัทุกประการ กลาวคือ

1. electron อยูในระดับพลังงานใหญ ( n = ระดับพลังงานใหญ เชน n = 1, 2, …) 2. electron อยูในระดับพลังงานยอย(orbital) ของระดับพลังงานใหญ อีกชั้นหนึ่ง ( l)

l = 0 s orbital l = 1 p orbital l = 2 d orbital

3. โมเมนตัมเชิงมุม ( ml ) มีคา = ( 2 l + 1) เปนคาที่บอกวาในแตละระดบัพลังงานยอยมีกี่ orbital

เชน l = 1 มี ml = 2(1) + 1 = 3 หมายความวาที่ p orbital มี 3 orbital ยอยอีก คือ px , py , pz

4. electron มีการ spin 2 แบบ คือ spin ขึ้น( ↑ ) mS = + 12

หรือ spin ลง ( ↓ ) mS = - 12

( mS เกี่ยวของกับโมเมนตัมเชิงมุมภายในเนื่องจากการ spin)



ตารางแสดงเลขควอนตัมของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก n = 1 , 2 และ 3

n l orbital m s จํานวน electron .

ใน orbital

จํานวน electron . ในระดับพลังงานหลัก

1 0 s 0 + 12

, - 12

2 2

0 s 0 + 1

2, - 1

2 2

-1 + 12

, - 12

0 + 12

, - 12

2

1

p

+1 + 12

, - 12

6

8

0 s 0 + 1

2, - 1

2 2

-1 + 12

, - 12

0 + 12

, - 12

1

p

+1 + 12

, - 12

6

-2 + 12

, - 12

-1 + 12

, - 12

0 + 12

, - 12

+1 + 12

, - 12

3

2

d

+2 + 12

, - 12

10

18



หลักเอาฟบาว ในการจัดเรียง electron 1.ใชหลักของเพาลี ในการบรรจุ elctron ลงใน orbital เขียนแทน electron ดวย ↑ (สําหรับ spin

ขึ้น) และ ↓ (สําหรับ spin ลง) ดังนั้นถามี electron อยูเต็มจะเขยีนแทนดวย ↑↓ เรียกวา อิเลกต

รอนคู ( paired electron) ถามี electron เพียง 1 electron นิยมเขยีน spin ขึ้น ↑ เรียกวา อิเล็กตรอนเดี่ยว 2.การบรรจุ electron ลงใน orbital ใหบรรจุใน orbital ที่มีพลังงานต่ําที่สุดที่ยังวางอยูกอน 3. ถามี orbital ที่มีระดับพลังงานเทากันมากกวา 1 ขึ้นไป( เชน p orbital, d orbital) การบรรจุ electron จะอาศัยกฏของฮุนด(Hund’s rule) ซ่ึงกลาวไววา “ การบรรจุ electron ใน orbital ที่มีระดับพลังงานเทากนั (degenerate orbital ) จะบรรจุในลักษณะที่ทําใหมี electron เดี่ยวมากที่สุดเทาที่จะมากได” 4. ถาทุกๆ orbital ในระดับพลังงานเดียวกันมี electron บรรจุอยูเต็ม ( 2 electron ตอ 1 orbital ) เรียกวา การบรรจุเต็ม (filled configuration) แตถาทุก orbital มี electron อยูเพยีงครึ่งเดียว เรียกวาการบรรจุคร่ึง (half-filled configuration) อะตอมที่มีการจัดเรียง electron แบบบรรจุเต็มหรือบรรจุคร่ึง มักจะมีเสถียรภาพมากกวา atom ที่มีการจัดเรียง electron แบบอืน่ๆ เชน 2p3 เสถียรกวา 2p4 , 3d5 เสถียรกวา 3d4 , 3d 10 เสถียรกวา 3d9 แตการบรรจุแบบเต็มจะเสถียรกวาการบรรจุแบบครึ่ง (การบรรจุแบบเต็ม, แบบครึ่งนี้มุงเนนที ่ valence electron แลชั้นที่ถัดลงมาเทานั้น ดังนัน้ การจัดเรียง electron ของ Cr จึงเปนแบบ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5



การจัดเรียงอิเล็กตรอนตามระดับพลังงานยอย (Energy sublevel) โดยมอิีเล็กตรอนหมุนเวียนในระดับพลังงานยอยหลายรูปแบบ ซ่ึงเรียกวาออรบิตัล (Orbital) แตละออรบิตัลจะมีอิเล็กตรอนได 2 ตัว ระดับพลังงานยอยมี 4 ระดับ คือ

s = sharp p = principal d = diffuse f = fundamental ซ่ึงระดับพลังงานยอย s มี 1 ออรบิตัล จึงมีอิเล็กตรอนไมเกิน 2 ตัว p มี 3 ออรบิตัล จึงมีอิเล็กตรอนไมเกิน 6 ตัว d มี 5 ออรบิตัล จึงมีอิเล็กตรอนไมเกิน 10 ตัว f มี 7 ออรบิตัล จึงมีอิเล็กตรอนไมเกิน 14 ตัว ตัวอยาง 22 Ti จัดเรียงอิเล็กตรอนตามระดับพลังงานยอย 1s 2 , 2s , 2p , 3s 2 , 3p , 4s 2 , 3d 2 6 2

จัดตามระดับพลังงานหลัก 2 , 8 , 10 , 2 Zn จัดเรยีงอิเล็กตรอนตามระดับพลังงานยอย 1s , 2s 2 , 2p , 3s 2 , 3p , 4s , 3d10 30

2 6 2

จัดตามระดับพลังงานหลัก 2 , 8 , 18, 2



แบบฝกหัดโครงสรางอะตอม 1. จากการทดลองของทอมสันไดอัตราสวน e/m = 1.759 x 108 C/g ทอมสันสรุปผลการทดลองไดอยางไร จงอธิบาย 2. Eugen Goldstrin ออกแบบการทดลองอยางไร จึงคนพบโปรตอน 3. จากการทดลองของ Eugen Goldstrin เพือ่หาอนุภาคบวก กาซที่บรรจุในหลอดรังสีแคโทดเมื่อใช กาซฮีเลียม จะใหผลแตกตางกับเมื่อบรรจุกาซไฮโดรเจนอยางไร 4. ในการทดลองหาคาประจขุองอิเล็กตรอนของ Millikan มีผลการทดลองพบวาประจุบนหยดน้าํมัน(q) ณ เวลาตางๆเปนดังนี้

การทดลอง ณ เวลาที ่ ประจุบนหยดน้ํามัน (คูลอมบ) 5 10 15 20

1.6 x 10 -19

4.8 x 10 -19

8.0 x 10 -19

11.2 x 10 -19

กําหนดให e/m ของอิเล็กตรอน = 1.8 x 108 C/g Millikan สรุปผลการทดลองหาประจุของอิเล็กตรอนไดยางไร และ หามวลของอิเล็กตรอนไดเทาไร



5. กําหนดคาประจุตอมวลของอิเล็กตรอนมีคาเทากับ 1.8 x 108 C/g อิเล็กตรอนมีประจุ 1.6 x 10 -19C

ถาพบวามวลของอิเล็กตรอนใน 1อะตอมของธาตุชนิดหนึ่งมีคาเทากับ 18.0 x 10-27g ธาตุนี้ 1อะตอม มีกี่อิเล็กตรอน 6. จากการทดลองของ Rutherford มีผลการทดลองที่ไมสอดคลองกับแบบจําลองอะตอมของ ทอมสันอยางไร 7. จงหาจํานวนของอิเล็กตรอนที่มีมวลรวม 1 กรัม

8. จงหามวลของอิเล็กตรอนจํานวน 12.04 x 1023 electron



9. ถาโมเลกุลของน้ําประกอบไปดวยไฮโดรเจน 2 atom และ ออกซิเจน 1 atom เขียนสูตรแสดงได

เปน H2O เมื่อไฮโดรเจนคอื โปรเทียม จงเขียนสูตรของน้ําโดยแทนอะตอมของไฮโดรเจนดวย ดิวทีเรียมและทริเทียม

10. ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่งมีประจุในนิวคลียสเปน 3 เทาของประจุในนิวเคลียสของ ไฮโดรเจนและมีมวลเปน 7 เทาของไฮโดรเจน ไอโซโทปนี้มีอนุภาคมูลฐานอยางละเทาใด

11. เสนสเปกตรัมสีแดงของโพแทสเซียมมีความถี่ 3.91 x 1014 Hz จะมีความยาวคลื่นเปนเทาใด 12. เสนสเปกตรัมเสนหนึ่งของธาตุซีเซียมมีความยาวคลื่น 456 nm ความถี่ของสเปกตรัมเสนนี้มคีา เทาใด และปรากฏเปนสใีด



13. คล่ืนแมเหล็กไฟฟาที่มีความยาวคลื่น 300 nm จะปรากฏในชวงคลืน่ของแสงที่มองเห็นได หรือไม มีความถี่และพลังงานเทาใด 14. เหตุใดเสนสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจนจึงมีหลายเสนทั้งๆที่เปนธาตุที่มีเพียง 1 electron 15. จงเขียนการเกิดไอออไนเซชันลําดับที่2 ของกาซ X 1 โมล 16. พลังงานไอออไนเซชัน 6 ลําดับของ C มีคาดังนี้ 1.093, 2.359, 4.627, 6.229, 37.838, และ 47.285 MJ/mol ผลตางของพลังงานไอออไนเซชันระหวางระดับพลังงานที่ 1 และลําดับ พลังงานที่ 2 เปนกี่เมกะจลู



17. ถาธาตุชนิดหนึ่งมีคา IE1 – IE6 เทากับ 800, 2400,3600,25000 และ 33000 kJ/mol ตามลําดับ ธาตุนี้จะมกีารจัดอิเล็กตรอนอยูในระดบัพลังงานใดบาง ระดับละกี่อิเล็กตรอนใหเหตุผล ประกอบดวย 18. ธาตุ X อยูหมูที ่3 คาบที่ 4 การจัด electron ของ X+ เปนอยางไร 19.ธาตุ X มึ 54 อิเล็กตรอนอยูในหมูใดคาบใดของตารางธาตุ 20. จงจัดเรยีงอิเล็กตรอนของธาตุตอไปนีพ้รอมทั้งระบุเลขควอนตัมของอิเล็กตรอนตัวสุดทาย

20.1) 20Ca 20.2) 13Al 20.3) 29Cu 20.4) 36Kr 20.5) 79Au


โครงสร างอะตอม (atomic structure)webmaster/mssql/data/chem/t2040114... ·...

Documents