goo.gl/be2m51 î`÷ úÜ à - scimath.org ·...

2 | อะตอมและสมบตของธาต

คำาถามสำาคญ

การศกษาโครงสรางอะตอมผานหลอดรงสแคโทด

1. นกวทยาศาสตรมวธการศกษาโครงสรางอะตอมซงมองไมเหนดวยตาเปลาไดอยางไร2. ตารางธาตมววฒนาการอยางไรและการจดธาตเปนกลมมประโยชนอยางไร3. ธาตแตละชนดในตารางธาตมสมบตเปนอยางไรและนำาไปใชประโยชนอะไรไดบาง

goo.gl/be2M51

สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย

44บทท 2 | อะตอมและสมบตของธาต เคม เลม 1

สงวนส

ทธโดย

สสวท

. หามเผย

แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

1. สบคนขอมลและอธบายความหมายของแบบจำาลองอะตอมพรอมทงบอกสาเหตททำาให แบบจำาลองอะตอมมการเปลยนแปลง2. อธบายแบบจำาลองอะตอมของดอลตนทอมสนรทเทอรฟอรดโบรและแบบกลมหมอก3. เขยนและแปลความหมายสญลกษณนวเคลยรของธาต4. อธบายความหมายและยกตวอยางไอโซโทปของธาต5. บอกความแตกตางของระดบพลงงานหลกพลงงานยอยและออรบทล6. จดเรยงอเลกตรอนในอะตอมเมอทราบเลขอะตอมของธาตพรอมทงระบหมคาบและ กลมของธาตในตารางธาต7. บอกแนวคดของนกวทยาศาสตรในยคตางๆ เกยวกบการจดธาตเปนหมวดหมจนไดเปน ตารางธาตพรอมทงระบปญหาของการจดกลมธาต8. จำาแนกธาตเปนกลมโลหะอโลหะและกงโลหะหรอเปนกลมธาตเรพรเซนเททฟหรอธาต หมหลกและธาตแทรนซชนหรอตามการจดเรยงอเลกตรอนเมอทราบเลขอะตอม9. วเคราะหและสรปแนวโนมสมบตตางๆ ของธาตตามหมและคาบเกยวกบขนาดอะตอม รศมไอออนพลงงานไอออไนเซชนอเลกโทรเนกาตวตสมพรรคภาพอเลกตรอนพรอมทง อธบายเหตผลประกอบ10.เปรยบเทยบสมบตบางประการของโลหะเรพรเซนเททฟหรอโลหะหมหลกและโลหะ แทรนซชน11.อธบายสมบตของไอโซโทปกมมนตรงสรงสแอลฟารงสบตาและรงสแกมมา12.คำานวณครงชวตของไอโซโทปกมมนตรงส13.สบคนขอมลและยกตวอยางการนำาธาตมาใชประโยชนรวมทงผลกระทบตอสงมชวต และสงแวดลอม

จดประสงคการเรยนร


45บทท 2 | อะตอมและสมบตของธาตเคม เลม 1

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตรวจสอบความรกอนเรยน

1. สารทกำาหนดใหตอไปนเปนธาตหรอสารประกอบ

ลำาดบ

1 Ca

5 H₂

3 He

7 NaCl

9 โซดาไฟ

2 H₂O

6 O₃

4 Fe

8 C₆H₁₂O₆

10 โครเมยม

สาร ธาต สารประกอบ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

นวตรอนอเลกตรอนนวเคลยสบวกลบ

2.แบบจำาลองอะตอมของนกวทยาศาสตรในยคหนงเปนดงรปจงนำาคำาทกำาหนดใหเตมลง ในชองวางใหถกตอง

มประจไฟฟา

มประจไฟฟา

ประกอบดวย

3.ใสเครองหมายหนาขอความทถกตองและทำาเครองหมายหนาขอความทไมถกตอง …….3.1ธาตเปนสารผสมพบไดทงสถานะของแขงของเหลวและแกส …….3.2โปรตอนนวตรอนและอเลกตรอนเปนอนภาคทพบในอะตอมของธาต …….3.3อเลกตรอนมประจบวก …….3.4ธาตบางชนดสามารถแผรงสได …….3.5ทองแดงเปนโลหะทสามารถนำาไฟฟาไดและนยมนำามาทำาสายไฟฟา

โปรตอน

เปนกลางทางไฟฟา



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

อะตอมมขนาดเลกมากและมองไมเหนดวยตาเปลา กระบวนการไดมาซงแบบจำาลองของนกวทยาศาสตรเกยวของกบกระบวนการใดบางศกษาไดจากกจกรรมตอไปน

แนวคดทวาสงตางๆประกอบดวยอนภาคทมขนาดเลกมากและมองไมเหนดวยตาเปลาไดเรมขนในสมยกรกโบราณ โดยดโมครตส (Democritus) ซงเปนนกปราชญชาวกรกผหนงทไดเสนอแนวคดวาถาแบงสงตางๆใหมขนาดเลกลงเรอยๆจะไดหนวยยอยซงไมสามารถแบงใหเลกลงไปไดอกและเรยกหนวยยอยนวา อะตอม(atom)ซงมาจากคำาในภาษากรกวาatomosแปลวา“แบงแยกอกไมได” นกวทยาศาสตรมวธการศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอมซงมองไมเหนดวยตาเปลาไดอยางไรจะไดศกษาตอไป

กจกรรม 2.1 กระปองปรศนา

1.สรางแบบจำาลองเพออธบายสงทมองไมเหน 2.อธบายสาเหตททำาใหองคความรหรอแนวคดทางวทยาศาสตรเกดการเปลยนแปลง

1.กระปองปรศนา 2.กระดาษA4

จดประสงคของกจกรรม

วสดและอปกรณ

วธทำากจกรรม

ขณะทำากจกรรมหามแกะหรอสองดสงทอยในกระปอง

1.สงเกตกระปองปรศนาดวยตาเปลาอาจจบและเขยากระปองไดแตหามดงเชอกอภปรายกบเพอนในกลมสรปและวาดรปแบบจำาลองสงทอยขางในกระปองพรอมขอสรป

2.1 แบบจำาลองอะตอม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.ดงเชอกหนงเสนเบาๆระวงอยาใหเชอกขาดอภปรายกบเพอนในกลมและวาดรปแบบจำาลองสงทอยขางในกระปองพรอมขอสรปทำาซำาจนครบ4เสน3.ดงเสนเชอกพรอมกนทละ2เสนและวาดรปแบบจำาลองสงทอยขางในกระปอง4.แตละกลมนำาเสนอรปวาดแบบจำาลองพรอมอภปรายเหตผลประกอบ

1.กจกรรมนเชอมโยงกบกระบวนการทำางานของนกวทยาศาสตรอยางไร2.นกวทยาศาสตรมการใชแบบจำาลองเมอใด3.แบบจำาลองหรอแนวคดในการอธบายปรากฏการณตางๆ สามารถเปลยนแปลงไดหรอไมอยางไร

จากกจกรรมอาจกลาวไดวาการไดมาซงความรทางวทยาศาสตรนนเกยวของกบกระบวนการสบเสาะหาความรและทกษะทางวทยาศาสตร เชน การสงเกต การตงสมมตฐาน การทดลอง การลงความเหนจากขอมล จากนนจงนำาองคความรเหลานนมาผสมผสานกบจนตนาการ เพอสรางเปนแนวคดหรอแบบจำาลอง โดยแบบจำาลองทสรางขนมาตองมขอมลสนบสนน เพอใหเกดความนาเชอถอและไดรบการยอมรบอยางไรกตามแนวคดหรอแบบจำาลองทสรางขนมานนสามารถเปลยนแปลงไดเมอมขอโตแยงหรอมการคนพบขอมลใหมทสามารถนำามาอธบายปรากฏการณตางๆไดดกวาเดมเชนเดยวกบการศกษาโครงสรางอะตอมซงมขนาดเลกมากและมองไมเหนดวยตาเปลานกวทยาศาสตรตองใชกระบวนการสบเสาะหาความรและทกษะทางวทยาศาสตรเพอใหไดมาซงความรจากนนจงนำาความรทไดมาประกอบกบจนตนาการเพอสรางเปนแบบจำาลองโครงสรางอะตอมทไดรบการยอมรบและงายตอการเขาใจ เมอแบบจำาลองอะตอมเดมไมสามารถใชอธบายขอมลหรอผลการทดลองใหม แบบจำาลองอะตอมนน ๆกสามารถเปลยนแปลงไดแบบจำาลองอะตอมมววฒนาการดงน

คำาถามทายกจกรรม

2.1.1 แบบจำาลองอะตอมของดอลตนในป พ.ศ. 2346 จอหน ดอลตน (John Dalton) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษไดเสนอทฤษฎ

อะตอม เพอใชอธบายเกยวกบการเปลยนแปลงมวลของสารกอนและหลงทำาปฏกรยาเคม รวมทงอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบหนงๆซงมสาระสำาคญดงน

1.ธาตประกอบดวยอนภาคเลก ๆ อนภาคเหลานเรยกวา อะตอม ซงแบงแยกและทำาใหสญหายไมได



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.1.2 แบบจำาลองอะตอมของทอมสน นกวทยาศาสตรหลายคนไดศกษาการนำาไฟฟาของแกสโดยทดลองเกยวกบผลของการใชความตางศกยไฟฟาสงตอการเคลอนทของประจไฟฟาของอะตอมแกส เพอใหไดขอมลทใหรายละเอยดเกยวกบโครงสรางภายในอะตอมโดยการผานไฟฟากระแสตรงเขาไปในหลอดแกวบรรจแกสความดนตำา(ดดอากาศออก)ซงทภาวะนมจำานวนอะตอมของแกสไมหนาแนนประจไฟฟาสามารถเดนทางไดไกลและพบวาเมอเพมความตางศกยระหวางขวไฟฟาใหสงขนจะมกระแสไฟฟาไหลผานตลอดขณะเดยวกนจะมรงสออกจากแคโทดไปยงแอโนดรงสนเรยกวารงสแคโทด(cathoderay)เรยกหลอดแกวชนดนวาหลอดรงสแคโทด (cathoderaytube)เนองจากมนษยไมสามารถมองเหนรงสแคโทดดวยตาเปลาได ดงนน เพอใหสามารถตดตามทศทางการเคลอนทของรงสแคโทดได จงตองฉาบสารเรองแสงเชนซงคซลไฟดฟอสฟอรสไวทฉากเมอรงสแคโทดตกกระทบทฉากจะปรากฏเปนจดเรองแสงทสามารถสงเกตเหนดวยตาเปลาได นกวทยาศาสตรไดทำาการทดลองเพอศกษาการเคลอนทของรงสแคโทดโดยใหเคลอนทผานสนามไฟฟาดงรป2.2ก)พบวาแนวการเคลอนทเบนไปจากเดมโดยเบนเขาหาขวบวกของสนามไฟฟาเนองจากรงสแคโทดเบนเขาหาขวบวกของสนามไฟฟาจงสรปวารงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมประจไฟฟาลบเมอศกษาเพมเตมโดยใหรงสแคโทดเคลอนทผานสนามแมเหลกดงรป2.2ข)พบวาแนวการเคลอนทเบนไปจากเดมเชนกน

ทฤษฎอะตอมของดอลตนชวยใหนกวทยาศาสตรในสมยนนสามารถอธบายลกษณะและสมบตของอะตอมไดเพยงระดบหนงตอมาไดมการศกษาเกยวกบอะตอมเพมขนและคนพบวามขอมลบางประการไมสอดคลองกบแนวคดของดอลตนเชนพบวาอะตอมของธาตชนดเดยวกนมมวลแตกตางกนไดอะตอมสามารถแบงแยกไดแนวคดเกยวกบทฤษฎอะตอมของดอลตนจงไมถกตอง

2. อะตอมของธาตชนดเดยวกนมสมบตเหมอนกน เชน มมวลเทากน แตจะมสมบตแตกตางจากอะตอมของธาตอน

3.สารประกอบเกดจากอะตอมของธาตมากกวาหนงชนดทำาปฏกรยาเคมกนในอตราสวนทเปนเลขลงตวนอยๆ

รป 2.1 แบบจำาลองอะตอมตามทฤษฎของดอลตน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ก)

รงสแคโทด

ข)

ค)

รป 2.2 การศกษาแนวการเคลอนทของรงสแคโทด

ก) แนวการเคลอนทของรงสแคโทดผานสนามไฟฟา

ข) แนวการเคลอนทของรงสแคโทดผานสนามแมเหลก

ค) แนวการเคลอนทของรงสแคโทดผานสนามแมเหลกและสนามไฟฟา

ฉากเรองแสง

เครองกำาเนดไฟฟาศกยสง

แอโนด แคโทด

S

S

N

N

−

+

−

+ −

−

−

+

+

+



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ในชวงปพ.ศ.2440โจเซฟจอหนทอมสน(JosephJohnThomson)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษทำาการทดลองโดยใหรงสแคโทดเคลอนทผานสนามไฟฟาทตงฉากกบสนามแมเหลก และปรบขนาดของสนามไฟฟาใหพอเหมาะจนกระทงทศทางการเคลอนทของรงสแคโทดไมเบนไปจากแนวเดม ดงรป2.2 ค) ซงสภาวะนแรงทเกดขนจากสนามไฟฟาและสนามแมเหลกมขนาดเทากนแตมทศตรงขามกนจากขอมลการทดลองรวมกบทฤษฎทางแมเหลกไฟฟาทำาใหทอมสนนำามาใชคำานวณอตราสวนของประจตอมวล (e/m) ของรงสแคโทดได ทอมสนไดทดลองเพอศกษาอตราสวนของประจตอมวลของรงสแคโทดซำาหลายครงโดยเปลยนชนดของแกสและชนดของโลหะทใชทำาขวแคโทดปรากฏวาอตราสวนของประจตอมวลของรงสแคโทดมคาโดยประมาณเทากนคอ 1.76 × 10⁸ คลอมบตอกรม(C/g) จงสรปวาอนภาครงสแคโทดทออกมาจากโลหะตางชนดเปนอนภาคชนดเดยวกน ซงตอมาไดเรยกอนภาคนวาอเลกตรอน(electron)

การคนพบอเลกตรอนทำาใหทอมสนสรปไดวาอะตอมทกชนดมอเลกตรอนเปนองคประกอบซงลบลางแนวคดทวาอะตอมแบงแยกไมได และเนองจากสารตาง ๆ ทอยในสภาวะปกตจะเปนกลางทางไฟฟา นกวทยาศาสตรจงสรปวา อะตอมเปนกลางทางไฟฟา ซงจากขอมลดงกลาวทำาใหทอมสนเสนอแบบจำาลองของอะตอมวา อะตอมเปนรปทรงกลมประกอบดวยเนออะตอมซงมประจบวกและอเลกตรอนซงมประจลบกระจายอยทวไปดงรป2.3อะตอมในสภาพทเปนกลางทางไฟฟาจะมจำานวนประจบวกเทากบจำานวนประจลบ

รหรอไม

ในปพ.ศ.2429ออยเกนโกลดชไตน (EugenGoldstein) ไดศกษาหลอดรงสแคโทดและไดคนพบรงสแอโนด (anoderay)หรอรงสแคแนล (canalray)ซงมประจบวกแตยงลงรายละเอยดไมไดในยคนนจากการคนพบของโกลดชไตนและการศกษาเพมเตมของนกวทยาศาสตรอกหลายคนในยคตอมาทำาใหไดขอสรปวาในอะตอมนอกจากมอเลกตรอนแลวยงมอนภาคทเปนประจบวกดวยทำาใหอะตอมเปนกลางทางไฟฟา

ทรงกลมทมประจบวก

อเลกตรอนรป 2.3 แบบจำาลองอะตอมของทอมสน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ทอมสนเปนนกวทยาศาสตรคนแรกทเสนอรายละเอยดภายในอะตอม ทำาใหมโนภาพของอะตอมชดเจนขน อยางไรกตามในชวงเวลาตอมานกวทยาศาสตรไดทำาการทดลองเพมเตมและมขอมลเพมขนซงแบบจำาลองอะตอมของทอมสนไมสามารถอธบายได

2.1.3 แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรดเมอปพ.ศ.2454เออรเนสตรทเทอรฟอรด(ErnestRutherford)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ

และ ฮนส ไกเกอร (Hans Geiger) นกวทยาศาสตรชาวเยอรมน ไดพสจนแบบจำาลองอะตอมของทอมสนโดยการยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนทองคำาบาง ๆ การทดลองของรทเทอรฟอรดสอดคลองหรอขดแยงกบแนวคดของทอมสนอยางไรศกษาไดจากกจกรรม2.2

กจกรรม 2.2 การทดลองของรทเทอรฟอรด

1.สบคนขอมลและอธบายการทดลองเพอศกษาโครงสรางอะตอมของรทเทอรฟอรด 2.อธบายผลการคนพบของรทเทอรฟอรดวาสนบสนนหรอขดแยงกบแนวคดของทอมสน

1.สบคนขอมลสมมตฐานและการทดลองของรทเทอรฟอรดในการศกษาโครงสรางอะตอม 2.จดทำาโปสเตอรนำาเสนอขอมลการสบคนจากนนนำาไปตดแสดงในบรเวณทกำาหนด 3.วางแผนการทำางานกบสมาชกในกลมโดย(อาจสลบบทบาททกๆ5นาท) บทบาทท1อยประจำาโปสเตอรเพออธบายขอมลใหกบสมาชกจากกลมอน บทบาทท2ชมการนำาเสนอของกลมอนพรอมแลกเปลยนขอมล 4.รวมกนสรปองคความรทไดจากการทำากจกรรม

1.กระดาษปรฟ 2.ปากกาเมจก


วสด และอปกรณ




สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากกจกรรมนกเรยนไดทราบแลววา ผลการทดลองของรทเทอรฟอรดไมสามารถอธบายไดดวยแบบจำาลองอะตอมของทอมสน รทเทอรฟอรดอธบายลกษณะภายในอะตอมวา การทรงสแอลฟาสวนใหญผานแผนทองคำาไปไดแสดงวาภายในอะตอมตองมทวางอยเปนบรเวณกวางการทรงสแอลฟาบางอนภาคเบยงเบนหรอสะทอนกลบมาบรเวณดานหนาของฉากเรองแสง แสดงวาภายในอะตอมนาจะมกลมอนภาคทมขนาดเลกมาก มมวลสงมากกวารงสแอลฟาและมประจบวก รทเทอรฟอรดจงไดเสนอแบบจำาลองอะตอมใหมวา อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมขนาดเลกมากอยภายในและมประจไฟฟาเปนบวก โดยมอเลกตรอนเคลอนทอยรอบ ๆ ดงรป2.4

ตามแบบจำาลองของรทเทอรฟอรด ภายในอะตอมมนวเคลยสซงมขนาดเลกมาก เมอเทยบกบขนาดของอะตอม รงสแอลฟาจงมโอกาสชนนวเคลยสไดนอยมาก สวนอเลกตรอนทอยรอบนวเคลยสมมวลนอยมาก การชนกบอเลกตรอนจงไมมผลทำาใหทศทางการเคลอนทของรงสแอลฟาเปลยนไปรงสสวนใหญจงทะลแผนทองคำาไปเปนแนวตรง มบางครงทรงสแอลฟาวงเฉยดนวเคลยส ซงจะถกประจของนวเคลยสผลกใหเบนไปจากแนวเสนตรง สวนรงสแอลฟาทวงตรงไปยงนวเคลยสซงมมวลมากกจะถกผลกใหสะทอนกลบดงแสดงในรป2.5

1.รงสแอลฟาคออะไร 2.สมมตฐานและการทดลองของรทเทอรฟอรดเปนอยางไร(วาดรปการทดลองประกอบ) 3.เพราะเหตใดในการทดลองของรทเทอรฟอรดตองทำาแผนทองคำาใหเปนแผนบางๆ


รป 2.4 แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

นวเคลยส

อเลกตรอน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตามแนวคดของรทเทอรฟอรดจะพบวามวลสวนใหญของอะตอมคอมวลของนวเคลยส สวนอเลกตรอนถงแมจะเปนสวนประกอบททำาใหอะตอมมขนาดใหญแตมมวลนอยมากจนถอวาไมมผลตอมวลของอะตอม

แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด ไมไดอธบายวาอเลกตรอนอยรอบนวเคลยสในลกษณะใดนกวทยาศาสตรจงไดทำาการทดลองเพอรวบรวมขอมลเพมเตมเกยวกบตำาแหนงของอเลกตรอนเพอนำามาสรางเปนแบบจำาลองทมความสมบรณมากยงขน

2.1.4. แบบจำาลองอะตอมของโบร สเปกตรมแมเหลกไฟฟาประกอบดวยคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนตาง ๆ กน และมความถตอเนองกนเปนชวงกวางมทงทมองเหนไดและมองไมเหนมชอเรยกตางๆกนแสงทประสาทตาของมนษยสามารถรบรไดเรยกวา แสงทมองเหนได (visible light) มความยาวคลนอยในชวง400–700นาโนเมตรซงประกอบดวยแสงสตางๆกนแตประสาทตาของมนษยไมสามารถแยกแสงทมองเหนเปนสตางๆไดเองทำาใหมองเหนสรวมกนซงเรยกวาแสงขาว (whitelight)และเมอใหแสงขาวสองผานปรซม แสงขาวจะแยกออกเปนแสงสรงตอเนองกน เรยกวา แถบสเปกตรมของแสงขาวดงรป2.6

รป 2.5 การใชแบบจำาลองอธบายผลการทดลองของรทเทอรฟอรด

นวเคลยส

อะตอมของทองคำา

รงสแอลฟา



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.6 สเปกตรมคลนแมเหลกไฟฟา

มกซพลงค(MaxPlanck)นกวทยาศาสตรชาวเยอรมนไดศกษาพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาและไดขอสรปเกยวกบความสมพนธระหวางพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟากบความถของคลนนนวาพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาแปรผนตามความถของคลนและแปรผกผนกบความยาวคลน ดงความสมพนธตอไปน

หรอ

เนองจาก

ดงนน

E ν E = hν

ν =

E =

cλ

hcλ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เมอ Eคอพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟามหนวยเปนจล hคอคาคงตวของพลงคมคา6.626×10-34จลวนาท ν คอความถของคลนแมเหลกไฟฟามหนวยเปนเฮรตซ cคอความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศซงเทากบ 2.997×108เมตรตอวนาท(อาจใช3.0×108เมตรตอวนาท) และλคอความยาวคลนของคลนแมเหลกไฟฟาหนวยเปนเมตร

ความสมพนธดงกลาวน เมอนำามาคำานวณพลงงานของแถบสตางๆ ในสเปกตรมของแสงขาวซงมความยาวคลนตางๆจะไดดงน

ตาราง 2.1 ชวงความยาวคลนและพลงงานของแถบสตาง ๆ ในสเปกตรมของแสงขาว

นกเรยนคดวาสเปกตรมของธาตจะมลกษณะเปนแถบสร งตอเนองกนเหมอนแถบสเปกตรมของแสงขาวหรอไม และสเปกตรมของธาตตางชนดกนจะมลกษณะเหมอนหรอตางกนอยางไรศกษาไดจากกจกรรมตอไปน

มวง

คราม–นำาเงน

เขยว

เหลอง

แสด(สม)

แดง

400–420

420–490

490–580

580–590

590–650

650–700

4.96×10-²²–4.73×10-²²

4.73×10-²² –4.05×10-²²

4.05×10-²²–3.42×10-²²

3.42×10-²² –3.36×10-²²

3.36×10-²² –3.05×10-²²

3.05×10-²² –2.84×10-²²

แถบส ความยาวคลน (nm) พลงงาน (kJ)

กจกรรม 2.2การทดลองของรทเทอรฟอรด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

กจกรรม 2.3 การทดลองการศกษาเสนสเปกตรมของธาต

1. ทำาการทดลองเพอศกษาสเปกตรมของแสงอาทตยแสงจากหลอดฟลออเรสเซนตและ แสงของหลอดบรรจแกสชนดตางๆ2. บอกความแตกตางระหวางสเปกตรมของแสงอาทตยแสงจากหลอดฟลออเรสเซนตและ แสงของหลอดบรรจแกสชนดตางๆ

1. ใชแผนเกรตตงสองดแสงอาทตย(หามสองดดวงอาทตยโดยตรง)สงเกตสงทปรากฏแลว สองดแสงจากหลอดฟลออเรสเซนตเปรยบเทยบสทสงเกตไดจากการดแสงทงสองแหลง2.เตรยมอปกรณสำาหรบศกษาสเปกตรมของธาตโดยใชชดศกษาสเปกตรมดงรป

หมายเหตการศกษาแสงจากหลอดฟลออเรสเซนตและสเปกตรมของธาตควรทำาในทมด

1. แผนเกรตตง2. ชดศกษาสเปกตรมของธาต3. หลอดบรรจแกสชนดตางๆเชนแกสไฮโดรเจนแกสฮเลยมแกสนออนไอปรอท

จดประสงคการทดลอง


วธทดลอง

หลอดบรรจแกส

ชดศกษาสเปกตรม

เกรตตง



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

3. ใชแผนเกรตตงสองดทหลอดบรรจแกสไฮโดรเจนขณะทกำาลงเรองแสงสงเกตเสน สเปกตรมทปรากฏบนทกผลการสงเกต4. ทำาการทดลองเชนเดยวกบขอ3แตเปลยนหลอดบรรจแกสไฮโดรเจนเปนหลอดบรรจ แกสฮเลยมแกสนออนและไอปรอทสงเกตเสนสเปกตรมทปรากฏ

1. สเปกตรมทมองเหนจากการใชแผนเกรตตงสองดแสงอาทตยกบแสงไฟจากหลอด ฟลออเรสเซนตเหมอนกนหรอแตกตางกนอยางไร2. เสนสเปกตรมของแกสไฮโดรเจนแกสฮเลยมแกสนออนและไอปรอทแตกตางกนหรอไม อยางไร

คำาถามทายการทดลอง

ชวนคด

นอกจากแผนเกรตตงแลวยงมอปกรณหรอเครองมออนทสามารถนำามาใชสองดเสนสเปกตรมของธาตไดอกหรอไม

จากผลการทดลองสงเกตเหนวาสเปกตรมจากแสงอาทตยมแสงสตอเนองกนเปน แถบสเปกตรม (spectrumband)สวนสเปกตรมทมองเหนจากหลอดฟลออเรสเซนตนอกจากจะมองเหนแถบสเปกตรมของสตาง ๆ เปนพนแลวยงมเสนสตาง ๆ ปรากฏในแถบสเปกตรมดวย และจากการสงเกตสเปกตรมของแกสไฮโดรเจน ฮเลยม นออน และไอปรอท พบวาธาตแตละชนดใหสเปกตรมทมเสนสตางกนและมจำานวนเสนสเฉพาะตวเสนสตางๆนเรยกวาเสนสเปกตรม(spectrumline)

หลอดบรรจแกส



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.7 แถบสเปกตรมของแสงขาวและเสนสเปกตรมของธาตบางชนด

ธาตตาง ๆ เมอไดรบพลงงานจะเปลงแสงเปนสตาง ๆ หลายส เมอสเหลานนรวมกนแลวจะสงเกตเหนเปนสเดยวซงตาเราไมสามารถบอกความแตกตางได แตเมอใชแผนเกรตตงสองดจะเหนเสนสเปกตรมของแตละธาตทมลกษณะเฉพาะ เชน จำานวนเสน ส หรอตำาแหนงทเกดตางกนไป การเกดเสนสเปกตรมของธาตอธบายไดวาอเลกตรอนซงเคลอนทอยรอบนวเคลยสมพลงงานเฉพาะตวทตำาหรอกลาวไดวาอะตอมอยในสถานะพน (groundstate)เมออะตอมไดรบพลงงานเพมขนทำาใหอเลกตรอนถกกระตนใหมพลงงานสงขนหรอเรยกวาอะตอมอยใน สถานะกระตน (excited state)ทสถานะนอะตอมจะไมเสถยร เนองจากมพลงงานสง อเลกตรอนจงคายพลงงานออกมาสวนหนงทำาใหอะตอมมพลงงานลดลงแลวกลบเขาสสถานะทมพลงงานตำาลงเพอใหอะตอมมความเสถยรมากขน พลงงานสวนใหญทคายออกมาจะปรากฏในรปพลงงานแสง และสามารถคำานวณไดโดยใชความสมพนธตามสมการของพลงคซงไดกลาวไวแลวในขางตน ถาแสงสเหลานแยกออกจากกนอยางชดเจนจะปรากฏเปนเสนสเปกตรม แตถาแสงสทปรากฏออกมามลกษณะตอเนองกนเชนเดยวกบรงหรอจากไสหลอดไฟฟาซงเปนโลหะรอนและมอะตอมอยกนอยางหนาแนนจะใหสเปกตรมเปนแถบสเปกตรมซงยากแกการวเคราะหและแปลผลสภาวะของอเลกตรอนทมพลงงานตางๆเรยกวาระดบพลงงานของอเลกตรอน(energylevelofelectron)

แสงขาว

ไฮโดรเจน

ฮเลยม

ลเทยม

โซเดยม

แคลเซยม

สทอนเชยม

แคดเมยม

แบเรยม

ปรอท

ความยาวคลน (nm) 400 500 600 700



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากการศกษาเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนซงม 1 อเลกตรอน พบวามเสนสเปกตรมปรากฏในชวงคลนทมองเหนไดโดยมความยาวคลน410434486และ656นาโนเมตรตามลำาดบเมอคำานวณผลตางระหวางพลงงานของเสนสเปกตรมทอยถดกนจะไดขอมลดงตาราง2.2

จากขอมลในตาราง2.2แสดงวาอะตอมของไฮโดรเจนมพลงงานหลายระดบโดยความแตกตางระหวางพลงงานแตละระดบทอยถดไปมคาไมเทากนและความแตกตางของพลงงานมคานอยลงเมอระดบพลงงานสงขน การทนกวทยาศาสตรใชอะตอมของไฮโดรเจนเปนตวอยางในการแปลความหมายของเสนสเปกตรมเพราะอะตอมของไฮโดรเจนมอเลกตรอนเดยว จากการทดลองหลายครงพบวา อะตอมของไฮโดรเจนใหเสนสเปกตรมไดหลายเสนทมลกษณะเหมอนกนทกครง จงสรปไดวาอเลกตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนขนไปอยในสถานะกระตนทมพลงงานแตกตางกนไดหลายระดบคาพลงงานของเสนสเปกตรมแสดงใหเหนถงการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมจากระดบพลงงานสงมายงระดบพลงงานตำาดงรป2.8

ตาราง 2.2 ผลตางระหวางพลงงานของเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน

เสนสเปกตรม

สมวง

สคราม

นำาเงน

สแดง

410

434

486

656

4.84 × 10-²²

4.57×10-²²

4.08×10-²²

3.02×10-²²

2.7 × 10-²³}}}

ความยาวคลน (nm) พลงงาน (kJ)ผลตางระหวางพลงงานของ

เสนสเปกตรมทอยถดกน (kJ)

4.9 × 10-²³

10.6×10-²³



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.8 การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมของไฮโดรเจน

รหรอไม

เสนสเปกตรมหลายเสน เกดจากการเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนจากระดบพลงงานทสงกวาลงมายงระดบพลงงานทตำากวาในระดบเดยวกน เรยกวาอนกรมสเปกตรม (spectrum series) เชน อนกรมบลเมอร เปนการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนจากระดบทสงกวาลงมายงระดบพลงงานท2(n=2)อนกรมชดนเปนชดแรกคนพบและใหสเปกตรมทอยในชวงทมองเหนได

การเปลยนแปลงพลงงานของอเลกตรอนระหวางสถานะกระตนและสถานะพนสามารถอปมานไดกบการกลงลงขนบนไดของลกบอลดงรป2.9

n

6

5

4

3

2

1

4.84

× 10- ²²

kJ

4.57

× 10- ²²

kJ

4.08

×10- ²²

kJ

3.02

×10- ²²

kJ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.9 เปรยบเทยบการกลงลงบนไดของลกบอลกบ การเปลยนแปลงพลงงานของอเลกตรอน

หมายเหต การอปมานนนบระดบพนเปนขนท1ซงอาจตางจากการนบขนบนไดจรงๆ

จากรปจะเหนวาพลงงานศกย ณ บนไดแตละขนมคาไมเทากน โดยลกบอลทอยบนไดขนตำาจะมพลงงานศกยตำากวาบนไดขนสง และผลตางของพลงงานระหวางบนไดสองขนมคาเฉพาะตวทแนนอน โดยขนบนไดทอยหางกนมากจะมผลตางของพลงงานมากกวาขนบนไดทอยตดกน เชนผลตางของพลงงานระหวางขนท1กบขนท3จะมคามากกวาขนท1กบขนท2หรออาจสรปไดวาผลตางของพลงงานศกยระหวางขนบนไดขนอยกบความแตกตางระหวางความสงของขนบนไดและมคาเฉพาะตว การกลงลงขนบนไดของลกบอลลกจะตองกลงลงและหยดทขนบนไดเทานน ลกบอลไมสามารถหยดระหวางขนบนไดไดเนองจากไมมทพกระหวางขนบนได ลกบอลอาจกลงและหยดบนขนบนไดขนทตดกนหรอขนทอยหางออกไปไดเชนจากขนท5ลงมายงขนท4หรอจากขนท3ลงมาขนท1 จากการศกษาเสนสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนทำาใหนกวทยาศาสตรสรปไดวา 1.เมออเลกตรอนไดรบพลงงานในปรมาณทเหมาะสมอเลกตรอนจะขนไปอยในระดบพลงงานทสงกวาระดบพลงงานเดมแตจะอยในระดบใดขนกบปรมาณพลงงานทไดรบการทอเลกตรอนขนไปอยในระดบพลงงานใหมทำาใหอะตอมไมเสถยรอเลกตรอนจะกลบมาอยในระดบพลงงานทตำากวาซงการเปลยนตำาแหนงของแตละระดบพลงงานน อเลกตรอนจะคายพลงงานออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟาดวยความถเฉพาะคาหนงหรอกลาวไดวาการดดหรอคายพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมตองมคาเฉพาะตามทฤษฎของพลงค โดยมคาเทากบความถของคลนแมเหลกไฟฟานนคณดวยคาคงทของพลงคดงทกลาวมาแลว

พลงงาน

ศกย

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนไมจำาเปนตองเปลยนไปยงระดบพลงงานทอยตดกนอาจมการเปลยนขามระดบพลงงานไดและจะอยระหวางระดบพลงงานไมได 3.ผลตางระหวางพลงงานของระดบพลงงานตำาจะมคามากกวาผลตางระหวางพลงงานของระดบพลงงานทสงขนไป จากความรเรองการเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนและการเกดสเปกตรมชวยใหนลส โบร (Niels Bohr) นกวทยาศาสตรชาวเดนมารก สรางแบบจำาลองอะตอมเพอใชอธบายพฤตกรรมของอเลกตรอนในอะตอมได โดยกลาววา อเลกตรอนจะเคลอนทรอบนวเคลยสเปนวงคลายกบวงโคจรของดาวเคราะหรอบดวงอาทตย แตละวงจะมระดบพลงงานเฉพาะตว ระดบพลงงานของอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสทสดมพลงงานตำาทสดเรยกวาระดบ K และระดบพลงงานทอยถดออกมาเรยกเปน L M N … ตามลำาดบดงรป2.10

รป 2.10 แบบจำาลองอะตอมของโบรทแสดงระดบพลงงานของอเลกตรอน

ตอมาไดมการใชตวเลขแสดงถงระดบพลงงานของอเลกตรอนคอn=1หมายถงระดบพลงงานท1ซงอยใกลกบนวเคลยสทสดและชนถดออกมาเปนn=2หมายถงระดบพลงงานท2ตอจากนน n=34…หมายถงระดบพลงงานท34และสงขนไปตามลำาดบ

ชวนคด

1.จากรป2.7การทเสนสสเปกตรมของปรอทมมากกวาไฮโดรเจนแปลความหมายไดอยางไร2.เพราะเหตใดแสงของดวงอาทตยและหลอดฟลออเรสเซนตเมอผานแผนเกรตตงจง สงเกตเหนเปนแถบสเปกตรม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.1.5 แบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอก แบบจำาลองอะตอมของโบรมขอจำากดคอไมสามารถใชอธบายสเปกตรมของอะตอมทมหลายอเลกตรอนไดนกวทยาศาสตรจงไดศกษาเพมเตมจนไดขอมลเพยงพอทจะเชอวาอเลกตรอนมสมบตเปนทงอนภาคและคลนโดยเคลอนทรอบนวเคลยสบรเวณทพบอเลกตรอนมหลายลกษณะเปนรปทรงตางๆตามระดบพลงงานของอเลกตรอนจากการประยกตใชสมการทางคณตศาสตรและใชคอมพวเตอรชวยในการคำานวณ เพอหาโอกาสทจะพบอเลกตรอนในระดบพลงงานตาง ๆ พบวาสามารถอธบายเสนสเปกตรมของธาตไดถกตองกวาแบบจำาลองอะตอมของโบรและสามารถอธบายไดวาอเลกตรอนมขนาดเลกมากและเคลอนทอยางรวดเรวตลอดเวลาไปทวทงอะตอมจงไมสามารถบอกตำาแหนงทแนนอนของอเลกตรอนได อยางไรกตามนกวทยาศาสตรพบวามโอกาสทจะพบอเลกตรอนรอบนวเคลยสบางบรเวณเทานน ทำาใหสรางมโนภาพไดวาอะตอมประกอบดวยกลมหมอกอเลกตรอน (electroncloud) รอบนวเคลยสบรเวณทกลมหมอกทบแสดงวามโอกาสทจะพบอเลกตรอนไดมากกวาบรเวณทมกลมหมอกจาง เรยกแบบจำาลองนวาแบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอก (electron cloudmodelofatom)ดงรป2.11(แตละจดคอ1โอกาสทจะพบอเลกตรอน)

แบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอกทแสดงถงความหนาแนนของอเลกตรอนรอบนวเคลยสทำาไดยาก โดยทวไปจงพจารณาอะตอมในลกษณะทรงกลม เชน ลกปงปอง หรอพลาสตกทรงกลมเปนแบบจำาลองแทนอะตอมของธาต แตนกเรยนควรระลกไวเสมอวาการใชแบบจำาลองเชนนเพยงเพอชวยใหคดตามไดงายขนเทานนเมอนกเรยนไดศกษาในระดบทสงขนไปจะพบวารปทรงของกลมหมอกอเลกตรอนไมไดมเพยงรปทรงกลมเทานน โครงสรางอะตอมตามแบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอกยงไมใชขอยตในการศกษาทดลองเกยวกบอะตอมเพราะความรทางวทยาศาสตรมการพฒนาอยางตอเนองตลอดเวลาดงนนในอนาคตจงอาจมแบบจำาลองอะตอมแบบอนตามขอมลทคนพบใหม

รป 2.11 ภาพ 2 มตแสดงกลมหมอกอเลกตรอนของไฮโดรเจนอะตอมซงม 1 อเลกตรอน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

1.เสนสเปกตรมเสนหนงของธาตซเซยมมความยาวคลน456นาโนเมตรจะปรากฏเปนสใด

2.เหตใดเสนสเปกตรมของธาตไฮโดรเจนจงมหลายเสนทงทเปนธาตทมเพยง1อเลกตรอน

3.จากรปแสดงการเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนกำาหนด อนกรมตอไปนอยในชวงอลตราไวโอเลตชวงทตามองเหนและชวงอนฟาเรด

ถา“อนกรมข”คอชวงทตามองเหนอนกรมใดคอชวงอลตราไวโอเลตและอนฟาเรดตามลำาดบ 4.จงเขยนผงมโนทศน(conceptmap)เพออธบายววฒนาการแบบจำาลองอะตอม

2.2 อนภาคในอะตอมและไอโซโทป ในหวขอทผานมานกเรยนไดทราบแลววาทอมสนคนพบอเลกตรอนและคาประจตอมวลในหวขอนนกเรยนจะไดเรยนรเกยวกบอนภาคชนดอนทเปนองคประกอบของอะตอม

แบบฝกหด 2.1



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เมอละอองนำามนทรวงผานรบนขวไฟฟาบวกกระทบรงสจะมประจไฟฟาเกดขน ทำาใหละอองนำามนบางหยดเคลอนทเขาหาขวไฟฟาบวกบางหยดเขาหาขวไฟฟาลบและบางหยดลอยนงอยระหวางสนามไฟฟาขนาดของหยดนำามนทลอยนงอยระหวางสนามไฟฟาสามารถสงเกตไดจากกลองจลทรรศนและนำามาคำานวณหามวลของหยดนำามนททราบความหนาแนนของนำามนและจากความสมพนธของนำาหนกของหยดนำามนทลอยนงเทากบแรงทเกดจากสนามไฟฟาทำาใหสามารถคำานวณคาประจไฟฟาบนหยดนำามนไดซงพบวาประจไฟฟาบนหยดนำามนมคาเปนจำานวนเทาของ1.60×10-¹⁹คลอมบมลลแกนจงสรปวาประจของอเลกตรอนมคาเทากบ1.60×10-¹⁹ คลอมบ เมอนำามาใชคำานวณรวมกบคาประจตอมวลทรายงานไวโดยทอมสนจะไดมวลของอเลกตรอนเทากบ9.11×10-²⁸กรม ในปพ.ศ.2429ออยเกนโกลดชไตน(EugenGoldstein)ไดทำาการดดแปลงหลอดรงสแคโทดโดยการสลบตำาแหนงของแคโทดและแอโนดดงรป2.13ซงเมอผานกระแสไฟฟาเขาไปพบวาฉากเกดการเรองแสงแสดงวามรงสออกจากแอโนดซงโกลดชไตนเรยกรงสชนดนวารงสแคแนล(canalray)หรอรงสแอโนด (anoderay)ซงมประจบวก

รป 2.12 การทดลองหยดนำามนมลลแกน

2.2.1 อนภาคในอะตอม ในปพ.ศ.2451รอเบรตแอนดรสมลลแกน(RobertAndrewsMillikan)นกวทยาศาสตรชาวอเมรกนไดทำาการหาคาประจของอเลกตรอนโดยอาศยการสงเกตหยดนำามนในสนามไฟฟาดงรป2.12

หยดนำามน เครองพนละอองนำามน

ขวไฟฟาบวก

กลองจลทรรศน

ขวไฟฟาลบ

รงส(ทำาใหหยดนำามนมประจ)แหลงกำาเนดแสง



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.13 หลอดรงสแคโทดทดดแปลง

แคโทด แอโนด

รงสแคแนลฉากเรองแสง

โกลดชไตนไดทำาการทดลองกบแกสหลายชนดพบวารงสแอโนดมคาประจตอมวล(e/m)ไมคงทจนกระทงกลมนกวจยนำาทมโดยรทเทอรฟอรดและทอมสนไดทำาการศกษาหลอดในลกษณะเดยวกนทบรรจแกสไฮโดรเจนทำาใหไดขอสรปวาอนภาคบวกมคาประจเทากนกบอเลกตรอนและหาคามวลของประจบวกไดเปน1.673×10-²⁴กรมซงมากกวามวลของอเลกตรอนประมาณ1,840เทาเรยกอนภาคนวาโปรตอน(proton) ในปพ.ศ.2475เจมสแชดวก(JamesChadwick)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษไดทดลองยงอนภาคแอลฟาไปยงอะตอมของธาตตางๆ และทดสอบผลการทดลองดวยเครองมอทมความเทยงสงทำาใหทราบวาในนวเคลยสมอนภาคทเปนกลางทางไฟฟาและเรยกอนภาคนวา นวตรอน (neutron)ซงมมวลใกลเคยงกบมวลของโปรตอน การคนพบนวตรอนชวยอธบายและสนบสนนขอมลเกยวกบมวลของอะตอม ซงพบวามคามากกวามวลรวมของโปรตอน เชน ธาตคารบอนมมวลของโปรตอนรวมกน6หนวยแตมวลของอะตอมมคา12หนวยและมวลของธาตสวนใหญมคาเปน2 เทาหรอมากกวา 2 เทาของมวลโปรตอนทงหมดรวมกน ดงนน อเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน จงเปนอนภาคในอะตอม(subatomicparticle)ซงอนภาคแตละชนดมรายละเอยดดงตาราง2.3

ตาราง 2.3 ขอมลบางประการของอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน

อนภาค

อเลกตรอน

โปรตอน

นวตรอน

eหรอe-

pหรอp+

n

1.602×10-¹⁹

1.602×10-¹⁹

0

9.109×10-²⁸

1.673×10-²⁴

1.675×10-²⁴

-1

+1

0

สญลกษณ ชนดประจไฟฟาประจไฟฟา(คลอมบ)

มวล(กรม)

− +



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.14 สญลกษณนวเคลยร

2.2.2 เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป อะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมกนเปนนวเคลยสของอะตอมและมอเลกตรอนซงมจำานวนเทากบจำานวนโปรตอนเคลอนทอยรอบนวเคลยส อะตอมของธาตแตละชนดมจำานวนโปรตอนเฉพาะตวไมซำากบธาตอนตวเลขทแสดงจำานวนโปรตอนเรยกวาเลขอะตอม(atomicnumber,Z)และเนองจากมวลของอเลกตรอนมคานอยมากดงนนมวลของอะตอมสวนใหญจงเปนมวลของนวเคลยสทประกอบดวยโปรตอนและนวตรอน เรยกผลรวมของจำานวนโปรตอนและนวตรอนวาเลขมวล(massNumber,A)เชนคารบอนม6โปรตอนจงมเลขอะตอมเทากบ6โดยอาจม6หรอ7นวตรอนจงมเลขมวลเปน12หรอ13ตามลำาดบ

สญลกษณทเขยนแสดงรายละเอยดเกยวกบสญลกษณของธาตเลขอะตอมและเลขมวลของอะตอม เรยกวา สญลกษณนวเคลยร (nuclear symbol) วธเขยนทตกลงกนเปนสากล ใหเขยนเลขอะตอมไวดานลางซายและเลขมวลไวดานบนซายของสญลกษณดงรป2.14

โซเดยมม11โปรตอนและม12นวตรอนโซเดยมมเลขอะตอมและเลขมวลเทากบเทาใดตามลำาดบ

ตรวจสอบความเขาใจ

สญลกษณของธาต

เลขมวล

เลขอะตอม XAZ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

อะตอมของธาตชนดเดยวกนมจำานวนโปรตอนและอเลกตรอนเทากนแตจำานวนนวตรอนอาจมไดหลายคาทำาใหอะตอมของธาตเดยวกนมมวลตางกนเฟรเดอรกซอดด(FrederickSoddy)นกเคมชาวองกฤษเรยกอะตอมของธาตเดยวกนทมเลขมวลตางกนวาไอโซโทป (isotope)ธาตชนดหนงอาจมหลายไอโซโทปบางไอโซโทปมอยในธรรมชาตและบางไอโซโทปไดจากการสงเคราะหเชนไฮโดรเจนม3ไอโซโทปมเลขมวล12และ3มชอเฉพาะวาโปรเทยม(protium)ดวทเรยม(deu-terium) และ ทรเทยม (tritium) ตามลำาดบ ไฮโดรเจนทเกดในธรรมชาตมปรมาณโปรเทยมอยถงรอยละ99.99แตละไอโซโทปของไฮโดรเจนเขยนสญลกษณนวเคลยรไดเปน

และ

อาจเขยนอยางยอโดยเขยนเฉพาะสญลกษณของธาตกบเลขมวลกไดโดยเขยนเปนและหรอH-1H-2และH-3แตละไอโซโทปของไฮโดรเจนมชอเฉพาะและใชสญลกษณแทนดงตาราง2.4

ตาราง 2.4 สญลกษณนวเคลยรของแตละไอโซโทปของไฮโดรเจน

คารบอนมเลขอะตอม6ม3ไอโซโทปซงมเลขมวล1213และ14สญลกษณนวเคลยร

จงเปนและ เขยนแบบยอเปน¹²C¹³Cและ¹⁴CหรอC-12C-13และC-14การเรยก

ชอของไอโซโทปของธาตจะเรยกขนตนดวยชอของธาตและตามดวยเลขมวลเชน¹⁴Cมเลขมวล14

จะม6โปรตอนและ8นวตรอนเรยกไอโซโทปนวาคารบอน-14(C-14)

หรอ หรอ H-1



H

D

T

โปรเทยม

ดวทเรยม

ทรเทยม

สญลกษณนวเคลยร ชอเฉพาะ สญลกษณ

ธาตตางชนดกนตองมเลขมวลตางกนเสมอหรอไม


¹H₁

¹H

²H₁

²H

³H₁

³H

¹H₁

²H₁

³H₁

¹H

²H

³H

¹²C₆ ¹³C ¹⁴C₆ ₆



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.3 การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม 2.3.1 จำานวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงาน จากการศกษาแบบจำาลองอะตอมทำาใหทราบวาอะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนอยรวมกนในนวเคลยสโดยมอเลกตรอนเคลอนทอยรอบๆและอยในระดบพลงงานตางกนอเลกตรอนเหลานนอยกนอยางไรและในแตละระดบพลงงานจะมจำานวนอเลกตรอนสงสดเทาใด ใหนกเรยนพจารณาขอมลแสดงการจดเรยงอเลกตรอนของธาตบางธาตดงตาราง2.5

ตาราง 2.5 การจดเรยงอเลกตรอนของธาตบางธาต


1.เขยนแผนผงเวนนเปรยบเทยบสมบตของโปรตอนนวตรอนและอเลกตรอน

2.จากการทดลองของมลลแกนถาพบวาหยดนำามนทลอยนงหยดหนงมคาประจเทากบ 6.4 × 10-¹⁹คลอมบหยดนำามนนมอเลกตรอนเกาะอยจำานวนเทาใด

3.ฮเลยมม2โปรตอน2นวตรอนและ2อเลกตรอนมวลของอะตอมฮเลยมทคำานวณจากมวลของโปรตอนและนวตรอนเทยบกบมวลทคำานวณจากองคประกอบของอนภาคทงหมด ตางกนรอยละเทาใด 4.จงเขยนสญลกษณนวเคลยรของไอโซโทปตางๆของธาตXซงม9อเลกตรอนและมนวตรอน910และ11ตามลำาดบ

5.พจารณาสญลกษณนวเคลยรของธาตสมมตตอไปนและธาตใดเปนไอโซโทปกนเพราะเหตใด

ธาต

H

He

Li

Be

B

1

2

3

4

5

1

2

2

2

2

1

2

3

n = 1 n = 2 n = 3เลขอะตอม

จำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงาน

⁴⁰A₁₈ ⁴²B ⁴⁰D₂₀ ⁴²E₂₁⁴⁰C₁₉₁₈



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ธาตn = 1 n = 2 n = 3

เลขอะตอมจำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงาน

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

4

5

6

7

8

8

8

8

8

8

8

8

8

1

2

3

4

5

6

7

8

เมอพจารณาขอมลในตาราง 2.5 จะพบวาจำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานท 1 มไดมาก

ทสด2อเลกตรอนระดบพลงงานท2มไดมากทสด8อเลกตรอนสำาหรบระดบพลงงานท3นน

จากการสบคนขอมลเพมเตมทำาใหทราบวามไดมากทสด18อเลกตรอนนนคอจำานวนอเลกตรอน

มากทสดทมไดในแตละระดบพลงงานจะมคาเทากบ2n²เมอnคอตวเลขแสดงระดบพลงงาน

ถาพจารณาตามหลก2n2การจดเรยงอเลกตรอนของธาตKและCaควรเปน289และ

2810ตามลำาดบเนองจากในระดบพลงงานท3ควรมอเลกตรอนไดสงสดถง18อเลกตรอนแต

จากการศกษาพบวาการจดเรยงอเลกตรอนของธาตKและCaเปน2881และ2882ตาม

ลำาดบซงหมายความวาอเลกตรอนในระดบพลงงานท3ของทงสองธาตนมเพยง8อเลกตรอนและ

อเลกตรอนทเพมมาอก1และ2อเลกตรอนนนเขาไปอยในระดบพลงงานท4ทำาใหระดบพลงงานท

3มอเลกตรอนไมครบ18ขอมลดงกลาวนจะไดศกษาตอไป



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.3.2 ระดบพลงงานหลก และระดบพลงงานยอย

นกเรยนทราบมาแลววาโบรเสนอแบบจำาลองโดยใชขอมลเกยวกบเสนสเปกตรมของ

ไฮโดรเจนซงแสดงใหเหนวาอะตอมของไฮโดรเจนมพลงงานหลายระดบและความแตกตางระหวาง

พลงงานของแตละระดบทอยถดไปกไมเทากน โดยความแตกตางของพลงงานจะมคานอยลง เมอม

ระดบพลงงานสงขน

การอธบายเกยวกบเสนสเปกตรมของโบรไดจดประกายใหนกวทยาศาสตรหลายคนเกดความ

สนใจและศกษาเกยวกบเสนสเปกตรมมากขนและพบวาเสนสเปกตรมของไฮโดรเจนทเปลงแสง

ออกมาและมองเหนเปน1เสนนนแทจรงแลวประกอบดวยเสนสเปกตรมมากกวา1เสนซงนำาไปส

ขอสรปทวาเสนสเปกตรมทเกดขนนอกจากเปนการคายพลงงานของอเลกตรอนจากระดบพลงงานหลก

(principleenergylevelหรอshell)ซงแทนดวยnแลวยงเปนการคายพลงงานของอเลกตรอนจาก

ระดบพลงงานยอย(energysublevelหรอsubshell)ของแตละระดบพลงงานหลกอกดวย

นกวทยาศาสตรไดกำาหนดระดบพลงงานยอยเปนตวอกษรspdและfตามลำาดบแนวคด

ดงกลาวนสามารถนำามาอธบายสเปกตรมของธาตทมมากกวา 1 อเลกตรอนได และจากการศกษา

เพมเตมพบวาจำานวนระดบพลงงานยอยทเปนไปไดในแตละระดบพลงงานหลกท1–4เปนดงน

รป 2.15 แผนภาพระดบพลงงานของอะตอมทมหลายอเลกตรอน

ระดบพลงงานหลก ระดบพลงงานยอย



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากรป2.15สามารถสรปไดวา

ระดบพลงงานหลกท1(n=1)ม1ระดบพลงงานยอยคอs

ระดบพลงงานหลกท2(n=2)ม2ระดบพลงงานยอยคอsp

ระดบพลงงานหลกท3(n=3)ม3ระดบพลงงานยอยคอspd

ระดบพลงงานหลกท4(n=4)ม4ระดบพลงงานยอยคอspdf

2.3.3 ออรบทล

เนองจากอเลกตรอนมการเคลอนทตลอดเวลาความหนาแนนของกลมหมอกอเลกตรอนจงอย

ในรปของโอกาสทจะพบอเลกตรอนซงมอาณาเขตและรปรางใน3มตแตกตางกนบรเวณรอบนวเคลยส

ซงมโอกาสทจะพบอเลกตรอนและมพลงงานเฉพาะนเรยกวาออรบทล(orbital)จากศกษาพบวาจำานวน

ออรบทลในแตละระดบพลงงานยอยมคาแตกตางกนซงสามารถสรปไดดงน

ระดบพลงงานยอยsม1ออรบทล

ระดบพลงงานยอยpม3ออรบทล

ระดบพลงงานยอยdม5ออรบทล

ระดบพลงงานยอยfม7ออรบทล

จากรป2.15ถาเขยนเปนแผนผงโดยพจารณาออรบทลของแตละระดบพลงงานยอยอาจเขยน

แสดงไดดงรป2.16

รป 2.16 แผนภาพระดบพลงงานทแสดงจำานวนออรบทล

หมายเหต สามารถใชสญลกษณอยางอนแทนออรบทลไดเชน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จำานวนอเลกตรอนสงสดในออรบทลทอยในระดบพลงงานยอยspdและfสามารถพจารณาจากขอมลในตาราง2.6

ตาราง 2.6 จำานวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานยอยและระดบพลงงานหลก

จากตาราง 2.6 จะเหนวาจำานวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานยอย s p d และ fมคาเทากบ2610และ14ตามลำาดบแตเนองจากพลงงานยอยspdและfม135และ7ออรบทลตามลำาดบแสดงวา1ออรบทลสามารถบรรจอเลกตรอนได2อเลกตรอน

2.3.4 หลกการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม การจดเรยงอเลกตรอนของอะตอมหนงๆใหพจารณาตามหลกอาฟบาว(Aufbauprinciple)ซงเกยวของกบลำาดบพลงงานของแตละออรบทล กลาวคอการบรรจอเลกตรอนตองบรรจในออรบทลทมพลงงานตำาสดและวางอยกอนเสมอ ดงรป 2.17 นนคอเรมจาก 1s 2s 2p 3s ... ตามลำาดบเพราะจะทำาใหพลงงานรวมทงหมดมคาตำาทสดและอะตอมมความเสถยรทสด

n = 1

n = 2sp

26

spd

2610

spdf

261014

n = 3

n = 4

s 2 2

8

18

32

ระดบพลงงานหลก

จำานวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานยอย

ระดบพลงงานยอย

จำานวนอเลกตรอนสงสด ในระดบพลงงานหลก



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รป 2.17 แผนภาพแสดงลำาดบการบรรจอเลกตรอนในออรบทลตาง ๆ

จากแผนภาพสามารถเรยงลำาดบพลงงานไดดงน

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p…

ไฮโดรเจนอะตอมซงม1อเลกตรอนสามารถเขยนสญลกษณแสดงการจดเรยงอเลกตรอนไดเปน1s¹โดยมความหมายดงน

รป 2.18 สญลกษณแสดงการจดเรยงอเลกตรอนของไฮโดรเจนอะตอม

สำาหรบธาตHeLiBeBCNOFNeNaและMgซงมอเลกตรอน234567891011และ12ตามลำาดบสามารถเขยนสญลกษณแสดงการจดเรยงอเลกตรอนแบบเตมและแบบยอโดยเขยนแกสมสกลในวงเลบแทนการจดเรยงอเลกตรอนของแกสมสกลในชนถดเขามาและแสดงการจดเรยงอเลกตรอนเฉพาะชนนอกสดดงตาราง2.7

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

n = 6

n = 7

จำานวนอเลกตรอนในออรบทล

ระดบพลงงานยอยระดบพลงงานหลก 1s1



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

He

Li 3 1s²2s¹หรอ[He]2s¹

Be 4 1s²2s²หรอ[He]2s²

B 5 1s²2s²2p¹หรอ[He]2s²2p¹

C 6 1s²2s²2p²หรอ[He]2s²2p²

N 7 1s²2s²2p³หรอ[He]2s²2p³

O 8 1s²2s²2p⁴หรอ[He]2s²2p⁴

F 9 1s²2s²2p⁵หรอ[He]2s²2p⁵ Ne 10 1s²2s²2p⁶หรอ[He]2s²2p⁶

Na 11 1s²2s²2p63s¹หรอ[Ne]3s¹

Mg 12 1s²2s²2p⁶3s²หรอ[Ne]3s²

2 1s²

ตาราง 2.7 การจดเรยงอเลกตรอนของธาตบางธาต

หมายเหต [He]แทนการจดเรยงอเลกตรอนของธาตฮเลยมคอ1s²

[Ne]แทนการจดเรยงอเลกตรอนของธาตฮเลยมคอ1s²2s²2p⁶

อเลกตรอนทอยในระดบพลงงานหลกสงสดหรอชนนอกสดของอะตอมเรยกวา เวเลนซอเลกตรอน (valence electron) เชน ธาตเบรลเลยมมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 1s²2s² จงมจำานวนเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 สวนฟลออรนมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 1s²2s²2p⁵ จงมจำานวนเวเลนซอเลกตรอนเทากบ7 การบรรจอเลกตรอนตามลำาดบระดบพลงงานโดยอาศยแผนภาพตามหลกอาฟบาวดงทกลาวมาแลว มบางธาตทการบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยไมเปนไปตามหลกการนน เชนธาตCrเลขอะตอม24แสดงการบรรจอเลกตรอนในออรบทลตางๆไดดงน 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵ไมใช4s²3d⁴

ธาตCuมเลขอะตอม29แสดงการบรรจอเลกตรอนในออรบทลตางๆไดดงน 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰ไมใช4s²3d⁹

ธาต จำานวนอเลกตรอน การจดเรยงอเลกตรอน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ธาตทไดรบหรอเสยอเลกตรอนสามารถเขยนการจดเรยงอเลกตรอนไดดงน 1. กรณทธาตไดรบอเลกตรอน ใหบรรจอเลกตรอนปกตรวมกบอเลกตรอนทรบเขามาตามลำาดบระดบพลงงานโดยอาศยแผนภาพตามหลกอาฟบาวเชน N :1s²2s²2p³ N³- :1s²2s²2p⁶(รบเพม3อเลกตรอน) Cl :1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Cl- :1s²2s²2p⁶3s²3p⁶(รบเพม1อเลกตรอน) 2. กรณทธาตเสยอเลกตรอน ใหบรรจอเลกตรอนตามปกตกอน จากนนจงนำาอเลกตรอนทอยชนนอกสดออกเชน Al :1s²2s²2p⁶3s²3p¹ Al³+ :1s²2s²2p⁶(เสย3อเลกตรอน) Fe :1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶ Fe²+ :1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ไมใช1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴ (เสย2อเลกตรอน)


1. ธาตวาเนเดยมและแคดเมยมมเลขอะตอม23และ48ตามลำาดบจงแสดงการจดเรยง อเลกตรอนในระดบพลงงานยอยและจำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานหลกของธาต ทงสอง

2. ธาตABและCมการจดเรยงอเลกตรอนดงน ธาตAจดเรยงอเลกตรอนเปน1s²2s²2p⁶3s²3p² ธาตBจดเรยงอเลกตรอนเปน1s²2s²2p⁶3s² ธาตCจดเรยงอเลกตรอนเปน1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

2.1ธาตABCมเลขอะตอมเทาใด 2.2ธาตแตละชนดมอเลกตรอนอยในระดบพลงงานใดบางและมจำานวนเทาใด

3. จงระบสญลกษณของธาตทมการจดเรยงอเลกตรอนดงตอไปน 3.1[Ar]4s²3d¹⁰4p² 3.2[Ne]3s²3p³ 3.3[Kr]5s²4d⁵

4.จงเขยนการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยของZn²+Cu+และS²-



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.4 ตารางธาตและสมบตของธาตหมหลก ปจจบนนกวทยาศาสตรไดคนพบธาตแลวเปนจำานวนมากธาตเหลานนอาจมสมบตบางประการคลายกนและบางประการแตกตางกน จงยากทจะจดจำาสมบตตาง ๆ ของแตละธาตไดทงหมดนกวทยาศาสตรจงหาเกณฑในการจดธาตทมสมบตคลายกนใหอยในกลมเดยวกนเพองายตอการศกษานกเรยนคดวาสมบตใดของธาตทสามารถใชเปนเกณฑในการจดกลมธาต

2.4.1 ววฒนาการของการสรางตารางธาต เมอมการคนพบธาตและศกษาสมบตของธาตตางๆ เหลานแลวนกวทยาศาสตรไดหาความสมพนธระหวางสมบตตางๆของธาตและนำามาใชจดธาตเปนกลมไดหลายแบบในปพ.ศ.2360โยฮนนโวลฟกง เดอเบอไรเนอร (Johann Wolfgang Dobereiner) เปนนกเคมคนแรกทพยายามจดธาตเปนกลม ๆ ละ 3 ธาตตามสมบตทคลายคลงกนเรยกวา ชดสาม (triads) โดยพบวาธาตกลางจะมมวลอะตอมเปนคาเฉลยของมวลอะตอมของอกสองธาตทเหลอ เชน Na มมวลอะตอม 23.0 และเปนธาตกลางระหวางLiกบKซงมมวลอะตอม6.9และ39.1ตามลำาดบตวอยางการจดธาตแบบชดสามแสดงไดดงตาราง 2.8 แตเมอนำาหลกของชดสามไปใชกบธาตกลมอนทมสมบตคลายกน พบวาคามวลอะตอมของธาตกลางไมเทากบคาเฉลยของมวลอะตอมของสองธาตทเหลอหลกชดสามของเดอเบอไรเนอรจงไมเปนทยอมรบในเวลาตอมา

รหรอไม

มวลอะตอมเปนมวลของธาต1อะตอมซงเปนผลรวมของมวลโปรตรอนนวตรอนและอเลกตรอน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

K39.1

O16.0

Ba137.3

I126.9

Te127.6

Na23.023.0

N14.014.0

Sr87.688.7

Br79.981.2

Se79.079.9

Li6.9

C12.0

Ca40.1

Cl35.5

S32.1

ธาตท 1 (มวลอะตอม)

ธาตท 2 มวลอะตอมจรง

มวลอะตอมเฉลยของธาตท 1 และ 3

ธาตท 3 (มวลอะตอม)

ตาราง 2.8 การจดธาตแบบชดสามตามแนวคดของเดอเบอไรเนอร

ในปพ.ศ.2407จอหนนวแลนด (JohnNewlands)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษไดเสนอกฎในการจดธาตเปนหมวดหมวาถาเรยงธาตตามมวลอะตอมจากนอยไปมากพบวาธาตท8จะมสมบตเหมอนกบธาตท 1 เสมอ (ไมรวมธาตไฮโดรเจนและแกสมสกล) เชน เรมตนเรยงโดยใชธาตLi เปนธาตท1ธาตท8จะเปนNaซงมสมบตคลายธาตLiดงตวอยางการจดตอไปน

LiBeBCNOFNaMgAlSiPSClK Ca



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตาราง 2.9 เปรยบเทยบสมบตของเอคา-ซลคอนกบเจอรเมเนยม

การจดเรยงธาตตามแนวคดของนวแลนดใชไดถงธาตแคลเซยมเทานนกฎนไมสามารถอธบายไดวาเพราะเหตใดมวลอะตอมจงเกยวของกบสมบตทคลายคลงกนของธาตทำาใหไมเปนทยอมรบในเวลาตอมา ในปพ.ศ.2412ยลอสโลทารไมเออร(JuliusLotharMeyer)นกวทยาศาสตรชาวเยอรมนและดมทร เมนเดเลเอฟ (Dimitri Mendeleev) นกวทยาศาสตรชาวรสเซย ไดศกษารายละเอยดของธาตตาง ๆ มากขนทำาใหมขอสงเกตวา ถาเรยงธาตตามมวลอะตอมจากนอยไปมาก จะพบวาธาตมสมบตคลายกนเปนชวง ๆ การทธาตตาง ๆ มสมบตคลายกนเปนชวงเชนน เมนเดเลเอฟตงเปนกฎเรยกวากฎพรออดก (periodiclaw)การจดธาตเปนหมวดหมของเมนเดเลเอฟไมไดยดการเรยงลำาดบตามมวลอะตอมจากนอยไปมากเพยงอยางเดยว แตไดนำาสมบตทคลายคลงกนของธาตทปรากฏซำากนเปนชวงๆมาพจารณาดวยนอกจากนยงไดเวนชองวางไวโดยคดวานาจะเปนตำาแหนงของธาตทยงไมไดมการคนพบ โดยทตำาแหนงของธาตในตารางธาตมความสมพนธกบสมบตของธาตเมนเดเลเอฟจงไดทำานายสมบตของธาตทยงไมมการคนพบ 3 ธาต ใหชอวา เอคา-โบรอน เอคา-อะลมเนยมและเอคา-ซลคอนในเวลาตอมากไดคนพบธาตสแกนเดยมแกลเลยมและเจอรเมเนยมตามลำาดบซงมสมบตใกลเคยงกบทไดทำานายไวตวอยางธาตเอคา-ซลคอนซงมสมบตใกลเคยงกบธาตเจอรเมเนยมเปนดงน

72.6

5.47

เทาขาว

GeO₂=4.70

GeCl₄ = 1.89

72

5.5

เทาเขม

EsO₂ = 4.7

EsCl₄ = 1.9

มวลอะตอม

ความหนาแนน(g/mL)

ส

ความหนาแนนของออกไซด(g/mL)

ความหนาแนนของคลอไรด(g/mL)

สมบตเอคา-ซลคอน (Es)

ทำานายเมอ พ.ศ. 2414เจอรเมเนยม (Ge)

คนพบเมอ พ.ศ. 2429



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

อยางไรกตามเมนเดเลเอฟไมสามารถอธบายไดวา เพราะเหตใดจงตองจดเรยงธาตตามมวลอะตอมเนองจากสมยนนนกวทยาศาสตรยงศกษาโครงสรางของอะตอมและไอโซโทปไดไมชดเจนนกวทยาศาสตรรนตอมาเกดแนวความคดวา ตำาแหนงของธาตในตารางธาตไมนาจะขนอยกบมวลอะตอมของธาตแตนาจะขนอยกบสมบตอนทมความสมพนธกบมวลอะตอมในปพ.ศ.2456เฮนรโมสลย (HenryMoseley)นกวทยาศาสตรชาวองกฤษไดเสนอใหจดธาตเรยงตามเลขอะตอมเนองจากสมบตตางๆของธาตมความสมพนธกบประจบวกในนวเคลยสหรอเลขอะตอมมากกวามวลอะตอม ตารางธาตในปจจบนจงปรบปรงมาจากตารางธาตของเมนเดเลเอฟแตเรยงธาตตามเลขอะตอมจากนอยไปมาก ในหนงสอเรยนนจะแสดงเลขหมของตารางธาต 2 ระบบทตางกน ไดแก ระบบทกำาหนดหมธาตดวยเลขโรมนและกำากบดวยตวอกษร A และ B กบระบบทกำาหนดโดยสหภาพเคมบรสทธและเคมประยกตระหวางประเทศ(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC)ซงกำาหนดหมของธาตดวยตวเลขอารบกทงหมดตงแตหมท1ถง18ดงรป2.19

ตารางธาตดงรป2.19แบงธาตในแนวตงเปน18แถวโดยเรยกแถวในแนวตงวาหม(group)และแบงธาตในแนวนอนเปน 7 แถว เรยกแถวในแนวนอนวา คาบ (period) ซงแตละคาบจดเรยงธาตตามเลขอะตอมทเพมขนตามลำาดบจำานวนธาตในแตละคาบเปนดงนคาบท1ม2ธาต

รป 2.19 ตารางธาตในปจจบน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

คาบท2และ3มคาบละ8ธาตคาบท4และ5มคาบละ18ธาตคาบท6แบงเปน2กลมกลมแรกม17ธาตคอCsถงRnกลมทสองม15ธาตคอLaถงLuคาบท7แบงเปน2กลมเชนเดยวกนโดยกลมแรกม17ธาตคอFrถงOgกลมทสองม15ธาตคอAcถงLr

2.4.2 กลมของธาตในตารางธาต การทนกวทยาศาสตรจดธาตในตารางธาตเปนหมและคาบเพอใหงายตอการศกษาสมบตของธาตตางๆ ถาแบงกลมธาตตามสมบตความเปนโลหะจะแบงไดเปน3กลมคอธาตโลหะ(metal)เปนธาตทนำาไฟฟาและนำาความรอนไดด ธาตกงโลหะ (metalloid) เปนธาตทนำาไฟฟาไดไมดทอณหภมหองแตจะนำาไดดขนเมออณหภมสงขนและธาตอโลหะ(nonmetal)ซงไมนำาไฟฟายกเวนคารบอน(แกรไฟต) และฟอสฟอรสดำา เมอพจารณาตำาแหนงของธาตในตารางธาตตามรป2.19พบวา ธาตโลหะอยทางดานซายมอของตารางธาต (สเขยว) ธาตกงโลหะจะอยบรเวณทเปนขนบนได (สชมพ)และธาตอโลหะจะอยขวามอของตารางธาต(สฟา)ยกเวนไฮโดรเจนอยทางดานซายมอของตารางธาต ถาแบงกลมธาตในตารางธาตโดยพจารณาการจดเรยงอเลกตรอนในออรบทลspdและfทมพลงงานสงสดและมอเลกตรอนบรรจอยจะแบงธาตไดเปน4กลมใหญคอธาตกลมsไดแกธาตในหม1และ2ธาตกลมpไดแกธาตในหม13ถง18(ยกเวนHe)ธาตกลมdไดแกธาตในหม3ถง12สวนธาตในกลมfไดแกกลมธาตทอยดานลางของตารางธาตทแยกมาจากหม3คาบท6และ7ดงรป2.20

รป 2.20 ตำาแหนงของธาตตามระดบพลงงานยอย



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ธาตกลมsและกลมpเรยกรวมกนวาธาตกลมAซงเปนกลมของธาตเรพรเซนเททฟ(representative element) หรออาจเรยกวากลมธาตหมหลก (main group element) เมอพจารณาการจดเรยงอเลกตรอนของธาตกลม A พบวาธาตในแนวตงทอยในกลม A จะมเวเลนซอเลกตรอนเทากนและจำานวนเวเลนซอเลกตรอนจะตรงกบเลขหม สำาหรบธาตตามแนวนอนทอยในคาบเดยวกน พบวามจำานวนระดบพลงงานเทากน และจำานวนระดบพลงงานจะตรงกบเลขทคาบเชนธาตNaมเลขอะตอมเทากบ11จดอเลกตรอนเปน1s²2s²2p⁶3s¹ซงมจำานวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานเปน281ดงนนNaจงอยในหมIAเพราะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ1และอยในคาบท3เพราะมจำานวนระดบพลงงานของอเลกตรอนเทากบ3 ธาต Br มเลขอะตอม 35 จดอเลกตรอนเปน 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵ จงมจำานวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานเปน 2 8 18 7ดงนนBrจงอยในหมVIIA เพราะมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ7และอยในคาบท4เพราะมจำานวนระดบพลงงานของอเลกตรอนเทากบ4 ธาตบางหมมการกำาหนดชอทเปนสากลเชนหมIA(1)มชอเรยกวาโลหะแอลคาไล(alkalimetal)ธาตหมIIA(2)เรยกวาโลหะแอลคาไลนเอรท(alkalineearthmetal)ธาตหมVIIA(17)เรยกวาธาตแฮโลเจน(halogen)และหมVIIIA(18)(ยกเวนOg)เรยกวาแกสมสกล(noblegas) ธาตกลมdและfเรยกรวมกนวาธาตกลมBหรอกลมธาตแทรนซชน(transitionelement)ซงแบงเปน ธาตแทรนซชนชนนอก(outertransition)ไดแกธาตกลมdและธาตแทรนซชนชนใน (innertransition)ไดแกธาตกลมfโดยธาตกลมfยงสามารถแบงไดเปน2กลมยอยกลมแรกอยคาบท6และมเลขอะตอมตงแต57–71(La–Lu)เรยกกลมนวากลมธาตแลนทานอยด(lanthanoid)กลมทสองอยคาบท7และมเลขอะตอมตงแต89–103(Ac–Lr) เรยกกลมนวากลมธาตแอกทนอยด (actinoid) เมอพจารณาการจดเรยงอเลกตรอนของธาตแทรนซชน พบวาจำานวนเวเลนซอเลกตรอนสวนใหญเทากบ2เมอพจารณาธาตกลมนตามแนวนอนพบวาจำานวนระดบพลงงานจะตรงกบเลขทคาบเชนเดยวกบธาตในกลมธาตหมหลก จากการศกษาการจดเรยงธาตในตารางธาต ชวยใหทราบวาตารางธาตในปจจบนจดธาตเปนหมและคาบโดยอาศยสมบตบางประการทคลายกน สมบตของธาตหมหลกตามหมและตามคาบซงไดแกขนาดอะตอมรศมไอออนพลงงานไอออไนเซชนอเลกโทรเนกาตวตสมพรรคภาพอเลกตรอนมแนวโนมเปนดงน

2.4.3 ขนาดอะตอม ตามแบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอก อเลกตรอนทอยรอบนวเคลยสจะเคลอนทตลอดเวลาดวยความเรวสงและไมสามารถบอกตำาแหนงทแนนอนรวมทงไมสามารถกำาหนดขอบเขตทแนนอนของอเลกตรอนได นอกจากนอะตอมโดยทวไปไมอยเปนอะตอมเดยวแตจะมแรงยดเหนยวระหวางอะตอมไวดวยกน จงเปนเรองยากทจะวดขนาดอะตอม (atomic radius) ทอยในภาวะอสระหรอ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เปนอะตอมเดยวในทางปฏบตจงบอกขนาดอะตอมดวยรศมอะตอม(atomicradius)ซงกำาหนดใหมคาเทากบครงหนงของระยะระหวางนวเคลยสของอะตอมทงสองทมแรงยดเหนยวระหวางอะตอมไวดวยกนหรอทอยชดกน การศกษารศมอะตอมของธาตทำาใหทราบขนาดอะตอมของธาตและสามารถเปรยบเทยบขนาดอะตอมของธาตทอยในคาบเดยวกนหรอหมเดยวกนได ตวอยางรศมอะตอมของธาตในตารางธาตซงไดจากการคำานวณแสดงดงรป2.21

เมอพจารณาขนาดอะตอมของธาตทอยในคาบเดยวกนพบวา ขนาดอะตอมมแนวโนมลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน อธบายไดวาเนองจากธาตในคาบเดยวกนมเวเลนซอเลกตรอนอยในระดบพลงงานเดยวกน แตมจำานวนโปรตอนในนวเคลยสแตกตางกน ธาตทมจำานวนโปรตอนมากจะดงดดเวเลนซอเลกตรอนดวยแรงทมากกวาธาตทมจำานวนโปรตอนนอย เวเลนซอเลกตรอนจงเขาใกลนวเคลยสไดมากกวาทำาใหอะตอมมขนาดเลกลง สวนธาตในหมเดยวกนเมอเลขอะตอมเพมขนจำานวนโปรตอนในนวเคลยสและจำานวนระดบพลงงานทมอเลกตรอนเพมขนดวย อเลกตรอนทอยชนในจงเปนคลายฉากกนแรงดงดดระหวางโปรตอนในนวเคลยสกบเวเลนซอเลกตรอนทำาใหแรงดงดดตอเวเลนซอเลกตรอนมนอยเปนผลใหธาตในหมเดยวกนมขนาดอะตอมใหญขนตามเลขอะตอม

รป 2.21 รศมอะตอม (พโกเมตร) ของธาตบางชนด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.4.4 ขนาดไอออน อะตอมซงมจำานวนโปรตอนเทากบอเลกตรอนเมอรบอเลกตรอนเพมเขามาหรอเสยอเลกตรอนออกไปอะตอมจะกลายเปนไอออน การบอกขนาดของไอออนทำาไดเชนเดยวกบการบอกขนาดอะตอมกลาวคอจะบอกเปนคารศมไอออน (ionic radius) ซงพจารณาจากระยะระหวางนวเคลยสของไอออนคหนงๆทยดเหนยวซงกนและกนในโครงผลกตวอยางรศมไอออนของMg²+และO2-

ในสารประกอบMgOแสดงดงรป2.22และ2.23

เมอโลหะทำาปฏกรยากบอโลหะอะตอมของโลหะจะเสยเวเลนซอเลกตรอนกลายเปนไอออนบวกจำานวนอเลกตรอนในอะตอมจงลดลง ทำาใหแรงผลกระหวางอเลกตรอนลดลงดวย หรอกลาวอกนยกคอแรงดงดดระหวางประจในนวเคลยสกบอเลกตรอนจะเพมมากขน ไอออนบวกจงมขนาดเลกกวาอะตอมเดม สวนอะตอมของอโลหะนนสวนใหญจะรบอเลกตรอนเพมเขามาและเกดเปนไอออนลบ เนองจากมการเพมขนของจำานวนอเลกตรอนขอบเขตของกลมหมอกอเลกตรอนจะขยายออกไปจากเดมไอออนลบจงมขนาดใหญกวาอะตอมเดมตวอยางขนาดอะตอมกบขนาดไอออนของธาตแสดงดงรป2.24

รป 2.22 รศมไอออนของ Mg²+ และ O2- รป 2.23 เปรยบเทยบขนาดของอะตอมกบไอออน

รศมMg²+ =65pm

รศมO²- =140pm

Mg:1s²2s²2p⁶3s²

160pm

Mg²+:1s²2s²2p⁶

65pm

O²-:1s²2s²2p⁶

140pm

O:1s²2s²2p⁴

73pm



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เมอพจารณาแนวโนมของรศมอะตอมและรศมไอออนตามหม สวนใหญมแนวโนมมขนาดเพมขนจากบนลงลางเชนเดยวกบขนาดอะตอม รศมไอออนบวกจะมคานอยกวารศมอะตอม แตรศมไอออนลบจะมคามากกวารศมอะตอม

2.4.5 พลงงานไอออไนเซชน พลงงานปรมาณนอยทสดททำาใหอเลกตรอนหลดจากอะตอมในสถานะแกสเรยกวา พลงงานไอออไนเซชน (ionization energy, IE) โดยคา IE แสดงถงความยากงายในการทำาใหอะตอมในสถานะแกสกลายเปนไอออนบวก โดย IE นอยแสดงวาทำาใหเปนไอออนบวกไดงายแตถา IE มากแสดงวาทำาใหเปนไอออนบวกไดยาก การทำาใหไฮโดรเจนอะตอมในสถานะแกสกลายเปนไฮโดรเจนไอออนในสถานะแกสเขยนแสดงไดดงน H(g) H+(g)+e-

การทำาใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอมของไฮโดรเจนจะตองใชพลงงานอยางนอยทสด1318กโลจลตอโมลนนคอพลงงานไอออไนเซชนของไฮโดรเจนอะตอมเทากบ1318กโลจลตอโมลธาตไฮโดรเจนม 1 อเลกตรอน จงมคาพลงงานไอออไนเซชนเพยงคาเดยว ถาเปนธาตทมหลายอเลกตรอนกจะมพลงงานไอออไนเซชนหลายคา พลงงานนอยทสดททำาใหอเลกตรอนตวแรกหลดออก

รป 2.24 รศมอะตอมและรศมไอออน (พโกเมตร) ของธาตบางชนด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากอะตอมทอยในสถานะแกสเรยกวา พลงงานไอออไนเซชนลำาดบทหนง (first ionization energy)เขยนยอเปน IE₁พลงงานททำาใหอเลกตรอนในลำาดบตอๆมาหลดออกจากอะตอมเรยกวาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 2 3 …และเขยนยอเปน IE₂ IE₃ …ตามลำาดบ เชนธาตคารบอนม6อเลกตรอนจงมพลงงานไอออไนเซชน6คาเขยนแสดงไดดงตอไปน

C(g) C+(g)+e- ; IE₁=1086kJ/mol C+(g) C²+(g)+e- ; IE₂=2353kJ/mol C²+(g) C³+(g)+e- ; IE₃=4621kJ/mol C³+(g) C⁴+(g)+e- ; IE₄=6223kJ/mol C⁴+(g) C⁵+(g)+e- ; IE₅=37831kJ/mol C⁵+(g) C⁶+(g)+e- ; IE₆=42277kJ/mol

ชวนคด

เพราะเหตใดIE₄กบIE₅ของธาตคารบอนจงมคาแตกตางกนมาก

สำาหรบพลงงานไอออไนเซชนของธาต20ธาตแรกเรยงตามเลขอะตอมแสดงไวในตาราง2.10



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

หมา

ยเหต

ตวเลข

ทางด

านขว

าของ

ขนบน

ไดเป

นคาIEของ

การท

ำาใหอ

เลกต

รอนว

งในห

ลดออ

กจาก

อะตอ

ม

ตารา

ง 2.

10 พ

ลงงา

นไออ

อไนเ

ซชนข

องธา

ต 20

ธาต

แรกเ

รยงต

ามเล

ขอะต

อม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เมอเขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางพลงงานไอออไนเซชนลำาดบตางๆของแตละธาตกบลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชนโดยใหแกนนอนเปนลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชนและแกนตงเปนพลงงานไอออไนเซชนจะไดกราฟดงรป2.25

รป 2.25 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง IE กบลำาดบ IE ของธาตบางชนด

ก) ลำาดบ IE ของธาต Li Be B C

ข) ลำาดบ IE ของธาต C N O F Ne

ค) ลำาดบ IE ของธาต Ne Na Mg Al

ง) ลำาดบ IE ของธาต Al Si P S Cl Ar

ลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชน

ก)

ค)

ข)

ง)

ลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชน

ลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชน ลำาดบทของพลงงานไอออไนเซชน

พลงงาน

ไอออ

ไนเซชน

(MJ/mol)

พลงงาน

ไอออ

ไนเซชน

(MJ/mol)

พลงงาน

ไอออ

ไนเซชน

(MJ/mol)

พลงงาน

ไอออ

ไนเซชน

(MJ/mol)



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากกราฟทำาใหทราบวาอะตอมมจำานวนระดบพลงงาน และจำานวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานของอะตอมเทาใดซงสอดคลองกบตาราง2.10การเปรยบเทยบพลงงานไอออไนเซชนของธาตจะใชเฉพาะคาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1 ซงเมอนำาคาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1ของธาตบางธาตในตารางธาตมาแสดงจะไดดงน

เมอพจารณาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1 ของธาตตามคาบพบวา มแนวโนมเพมขนตามเลขอะตอม เนองจากธาตในคาบเดยวกนมจำานวนโปรตอนในนวเคลยสเพมขนและมขนาดอะตอมเลกลง แรงดงดดระหวางนวเคลยสกบเวเลนซอเลกตรอนจงเพมมากขน อเลกตรอนจงหลดออกจากอะตอมไดยาก พลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1 ของธาตตามหมพบวา มแนวโนมลดลงเมอเลขอะตอมเพมขนเนองจากระยะระหวางนวเคลยสกบเวเลนซอเลกตรอนเพมขน ทำาใหแรงดงดดระหวางนวเคลยสกบเวเลนซอเลกตรอนลดลงอเลกตรอนจงหลดจากอะตอมไดงายขนดงนนคาพลงงานไอออไนเซชนจงสามารถใชในการพจารณาความยากงายในการเกดเปนไอออนบวกของอะตอมธาตแตละชนดถาพลงงานไอออไนเซชนมคานอยจะเกดเปนไอออนบวกไดงาย

รป 2.26 คาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1 ของธาตบางชนด

นกเรยนคดวาคาพลงงานไอออไนเซชนของธาตใชเปนขอมลสำาหรบการจดกลมอเลกตรอนทอยรอบนวเคลยสของแตละธาตไดหรอไมอยางไร




สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.4.6 สมพรรคภาพอเลกตรอน พลงงานทถกคายออกมาเมออะตอมในสถานะแกสไดรบอเลกตรอน1อเลกตรอนเรยกวาสมพรรคภาพอเลกตรอน(electronaffinity,EA)เขยนสมการแสดงการเปลยนแปลงไดดงน A(g)+e- A-(g)

ถาคาสมพรรคภาพอเลกตรอนมคาเปนบวก หมายความวา อะตอมคายพลงงานเมอไดรบอเลกตรอน แสดงวาอะตอมของธาตนนมแนวโนมทจะรบอเลกตรอนไดด ความสามารถในการรบอเลกตรอนของแตละธาตมความแตกตางกนดงตวอยาง

F(g)+e- F-(g)มคาEA=328kJ/mol O(g)+e- O-(g)มคาEA=141kJ/mol P(g)+e- P-(g)มคาEA=72kJ/mol จากตวอยางแสดงวา อะตอม F มแนวโนมทจะรบอเลกตรอนดกวา O และ P ตามลำาดบ เมออะตอมของธาตรบ1อเลกตรอนแลวการรบอเลกตรอนเพมขนอก1อเลกตรอนจะรบไดยากขน(เกดแรงผลกกน)ดงนนคาสมพรรคภาพอเลกตรอนจงลดลง

เชนO-(g)+e- O²-(g)มคาEA=−744kJ/mol คาสมพรรคภาพอเลกตรอนเปนลบแปลวาตองใสพลงงานเพมเขาไปเพอใหรบอเลกตรอนไดเพมอก1อเลกตรอนตวอยางคาEAของธาตบางธาตแสดงดงรป2.27

รป 2.27 คาสมพรรคภาพอเลกตรอนของธาตบางชนด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

เมอพจารณาตามคาบพบวาคาสมพรรคภาพอเลกตรอนของธาตอโลหะ(ยกเวนธาตหมVIIIA)มคามากกวาธาตโลหะแสดงวาธาตอโลหะมแนวโนมทจะรบอเลกตรอนไดดกวาธาตโลหะเมอพจารณาโดยภาพรวมทงหมดจะพบวาธาตหม VIIA มคาสมพรรคภาพอเลกตรอนสงทสดแสดงวามแนวโนมในการรบอเลกตรอนไดดกวาธาตหมอนทเปนเชนนอาจอธบายไดวาการรบ1อเลกตรอนของธาตในหมนจะทำาใหอะตอมมการจดเรยงอเลกตรอนเหมอนธาตหมVIIIAหรอแกสมสกลซงมความเสถยรมาก

2.4.7 อเลกโทรเนกาตวต อเลกโทรเนกาตวต (electronegativity, EN) คอความสามารถของอะตอมในการดงดดอเลกตรอนคทใชรวมกนในโมเลกลของสาร แนวโนมคาอเลกโทรเนกาตวตของธาตในตารางธาตเปนดงรป2.28

เมอพจารณาคาอเลกโทรเนกาตวตของธาตในคาบเดยวกนพบวามแนวโนมเพมขนตามเลขอะตอมเนองจากในคาบเดยวกนอะตอมของธาตหมIAมขนาดใหญทสดและหมVIIAมขนาดเลกทสดความสามารถในการดงดดอเลกตรอนตามคาบจงเพมขนจากหม IA ไปหม VIIA ดงนนในคาบเดยวกนธาตหม IA จงมคาอเลกโทรเนกาตวตตำาทสด สวนธาตหมVIIA มคาอเลกโทรเนกาตวตสงทสดธาตในหมเดยวกนมแนวโนมของคาอเลกโทรเนกาตวตลดลงเมอเลขอะตอมเพมขน เนองจากขนาดของอะตอมทเพมขนเปนผลใหนวเคลยสดงดดอเลกตรอนลดลง

รป 2.28 คาอเลกโทรเนกาตวตของธาตบางชนด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากสมบตตางๆของธาตในตารางธาตทไดศกษามาแลว จะพบวาสวนใหญมการเปลยนแปลงคอนขางสมำาเสมอทำาใหสามารถทำานายแนวโนมสมบตของธาตในตารางธาตไดนอกจากนยงมสมบตอนๆของธาตอกหลายประการซงตองพจารณาจากการเกดสารประกอบสมบตดงกลาวนนจะไดศกษารายละเอยดในบทตอไป


1.ธาตทกำาหนดใหตอไปนอยในหมใดและคาบใดในตารางธาตและมสมบตเปนโลหะกงโลหะ หรออโลหะ(ตอบคำาถามโดยไมใชตารางธาต) 1.1ธาตAมเลขอะตอมเทากบ11 1.2ธาตBมจำานวนโปรตอนเทากบ20 1.3ธาตCมจำานวนอเลกตรอนเทากบ35 1.4ธาตDมเลขมวล31และมจำานวนนวตรอน16 1.5ธาตEมเลขมวล72และมเลขอะตอม32

2.ธาตแตละคตอไปนธาตใดมขนาดใหญกวา 2.1KกบCa 2.4RbกบCs2.7NกบP 2.2FกบNa 2.5CaกบSr2.8BกบC 2.3MgกบCa 2.6SกบC2.9ClกบO

3.ไอออนแตละคตอไปนไอออนใดมขนาดใหญกวา 3.1Mg²+กบCa²+ 3.3F-กบNa+

3.2S²-กบCl- 3.4Ca²+กบAl³+

4.ธาตXYและZเปนธาตหมIAIIAและVIIAตามลำาดบและอยในคาบเดยวกน จงเปรยบเทยบสมบตตอไปน 4.1พลงงานไอออไนเซชนลำาดบท1 4.2อเลกโทรเนกาตวต



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.5 ธาตแทรนซชน นกเรยนไดศกษาสมบตบางประการของธาตหมAมาแลวตอไปจะไดศกษาธาตอกกลมหนงซงอยระหวางธาตหมIIAและหมIIIAทเรยกวาธาตแทรนซชนประกอบดวยธาตหมIBถงหมVIIIBรวมทงกลมธาตแลนทานอยดกบกลมธาตแอกทนอยดดงรป2.29

ธาตแทรนซชนเหลานมอยทงในธรรมชาตและไดจากการสงเคราะหบางธาตเปนธาตกมมนตรงสธาตแทรนซชนมสมบตอยางไรจะไดศกษาตอไป

รป 2.29 ธาตแทรนซชน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตาราง 2.11 สมบตบางประการของโพแทสเซยม แคลเซยม และธาตแทรนซชนในคาบท 4

2.5.1 สมบตของธาตแทรนซชน นกเคมจดธาตแทรนซชนไวในกลมของธาตทเปนโลหะ แตไมไดอยกลมเดยวกบธาตหม IAIIAและIIIAเพราะเหตใดจงจดธาตแทรนซชนไวอกกลมหนงเพอตอบคำาถามนใหศกษาสมบตของธาตแทรนซชนเปรยบเทยบกบสมบตของธาตหมIAและIIAทอยในคาบเดยวกนจากตาราง2.11

จากตาราง2.11พบวาธาตแทรนซชนในคาบท4 มสมบตหลายประการคลายกบโลหะหมหลกในคาบเดยวกน เชน มคาพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท 1 และอเลกโทรเนกาตวตตำา อยางไรกตามธาตแทรนซชนมจดหลอมเหลว จดเดอด และความหนาแนนสงกวาโลหะหมหลก เมอพจารณาขนาดอะตอมพบวา ธาตแทรนซชนมขนาดใกลเคยงกนและมขนาดเลกกวาโลหะโพแทสเซยมและแคลเซยมเพออธบายเกยวกบขนาดอะตอมของธาตแทรนซชน ใหนกเรยนพจารณาการจดเรยงอเลกตรอนของธาตโพแทสเซยมแคลเซยมและธาตแทรนซชนในคาบท4ในตาราง2.12

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

227

197

160

150

140

130

140

130

130

130

130

130

63

842

1541

1670

1910

1907

1246

1538

1495

1455

1085

419

759

1484

2836

3287

3407

2671

2061

2861

2927

2913

2562

907

0.89

1.54

2.99

4.51

6.00

7.15

7.30

7.87

8.86

8.90

8.96

7.14

425

596

639

665

657

659

723

768

766

743

752

913

0.82

1.00

1.36

1.54

1.63

1.66

1.55

1.83

1.88

1.91

1.90

1.65

ธาต ENเลขอะตอมรศม

อะตอม (pm)

จดหลอมเหลว

(ºC)จดเดอด

(ºC)

ความหนาแนน

(g/mL)IE1

(kJ/mol)



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตาราง 2.12 การจดเรยงอเลกตรอนของ K Ca และธาตแทรนซชน ในคาบท 4

*[Ar]แทนการจดเรยงอเลกตรอนของธาตอารกอนซงคอ1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

จากตาราง 2.12 จะเหนไดวาธาตแทรนซชนในคาบท 4 สวนใหญมจำานวนเวเลนซอเลกตรอนเปน 2 และมจำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยทอยถดจากระดบพลงงานนอกสดเขาไปไมเทากนเนองจากอเลกตรอนตวสดทายบรรจอยในระดบพลงงานยอย3dเชนธาตScมจำานวนอเลกตรอนใน3dเปน1ธาตTiซงอยในลำาดบถดไปมอเลกตรอนใน3dเปน2และเพมขนจนครบ10ในธาตCuการทมอเลกตรอนเพมขนในออรบทล3d ซงเปนอเลกตรอนวงในทสามารถกำาบงแรงดงดดจากนวเคลยสทมตออเลกตรอนในออรบทล4sไดกไมทำาใหแรงดงดดตออเลกตรอนในชน4sตางกนมากนกแมวาเลขอะตอมหรอประจในนวเคลยสจะเพมขนขนาดอะตอมของธาตแทรนซชนคาบท4จากซายไปขวาจงมขนาดลดลงเพยงเลกนอยและไมแตกตางกนอยางชดเจนเหมอนธาตโพแทสเซยมและแคลเซยมนอกจากสมบตตางๆในในตาราง2.11และ2.12แลวโลหะหมหลกและโลหะแทรนซชนยงมสมบตใดแตกตางกนอกบางศกษาไดจากกจกรรม2.4

ธาต

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

[Ar]4s¹

[Ar]4s²

[Ar]3d¹4s²

[Ar]3d²4s²

[Ar]3d³4s²

[Ar]3d⁵4s¹

[Ar]3d⁵4s²

[Ar]3d⁶4s²

[Ar]3d⁷4s²

[Ar]3d⁸4s²

[Ar]3d¹⁰4s¹

[Ar]3d¹⁰4s²

2 8 8 1

2 8 8 2

2 8 9 2

28102

2 8 11 2

2 8 13 1

2 8 13 2

2 8 14 2

2 8 15 2

2 8 16 2

2 8 18 1

2 8 18 2

เลขอะตอมการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย

จำานวนอเลกตรอน ในระดบพลงงาน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

กจกรรม 2.4 สของสารประกอบ

เปรยบเทยบสของสารประกอบของโลหะหมหลกกบโลหะแทรนซชน

ชดบตรภาพสารประกอบ

ตวอยางบตรภาพ

1.รบบตรภาพสารประกอบกลมละ1ชด 2.จำาแนกสารทง10ชนดวาสารใดเปนสารประกอบของโลหะหมหลกและสารใดเปน สารประกอบของโลหะแทรนซชน 3.สงเกตและเปรยบเทยบสของสารประกอบของโลหะหมหลกและสารประกอบของ โลหะแทรนซชนจากบตรภาพบนทกการสงเกต

สของสารประกอบของโลหะหมหลกและสารประกอบของโลหะแทรนซชนเหมอนหรอตางกนอยางไร





คอปเปอร(II)ซลเฟต เพนตะไฮเดรต (CuSO₄•5H₂O)



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

กจกรรม 2.5 การทดลองการเกดปฏกรยาเคมกบนำา

1.ทำาการทดลองเพอศกษาปฏกรยาเคมระหวางโซเดยมแมกนเซยมทองแดงและสงกะสกบนำา 2.เปรยบเทยบความวองไวในการทำาปฏกรยาเคมกบนำาของธาตหมIAIIAและธาตแทรนซชน 3.ระบสมบตความเปนกรดและเบสของสารละลายทเกดขนในปฏกรยาเคม

1.โลหะโซเดยม(Na)2.ลวดแมกนเซยม(Mg)3.ทองแดง(Cu)4.สงกะส(Zn)5.สารละลายกรดไฮดรอคลอรก(HCl)6.สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด(NaOH)

7.ฟนอลฟทาลน8.นำากลน9.บกเกอร10.หลอดทดลอง11.ทวางหลอดทดลอง12.หลอดหยด

จากกจกรรมการจดกลมสารทำาใหทราบวาสารประกอบของโลหะหมหลกสวนใหญเปนสขาวหรอใสไมมสสวนสารประกอบของโลหะแทรนซชนจะมไดหลายสเชนCuSO₄•5H₂OมสฟาMnO₂ มสเทาเกอบดำา

จากกจกรรม 2.4 นกเรยนไดสงเกตความแตกตางของสารประกอบของโลหะหมหลกและโลหะแทรนซชน และสามารถบอกความแตกตางไดดวยการสงเกต นอกจากสของสารประกอบแลวความวองไวในการเกดปฏกรยาของโลหะทงสองกลมยงแตกตางกนดวยซงนกเรยนจะไดศกษาจากกจกรรม2.5

จดประสงคการทดลอง

วสด อปกรณ และสารเคม

ชวนคด

นกเรยนคดวาKMnO₄ K₂CrO₄และNa₂CoCl₄เปนสารประกอบทมสหรอไมเพราะเหตใด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

1.ใสHCl0.3mol/LและNaOH0.3mol/Lลงในหลอดทดลองขนาดเลกหลอดละ1mLหยดฟนอลฟทาลนลงในหลอดทดลองทงสองหลอดละ2หยดสงเกตสของสารละลาย และเกบสารละลายไวเพอใชเปรยบเทยบกบสของสารละลายทเกดขนในการทดลองตอไป2.ใสนำากลนปรมาตร150mLลงในบกเกอรขนาด250mLและหยดฟนอลฟทาลนลงในบกเกอรจำานวน2หยดสงเกตการเปลยนแปลง3.ใชปากคบคบชนNaขนาดครงเมลดถวเขยวซบนำามนใหแหงใสลงในบกเกอรสงเกตการ เปลยนแปลง4.เตมนำากลนลงในหลอดทดลองขนาดใหญจำานวน3หลอดหลอดละ10mLและหยด ฟนอลฟทาลนลงไปหลอดละ2หยดกำาหนดเปนหลอดท12และ3ตามลำาดบหยอน ลวดMgCuและZnทขดสะอาดแลวลงในหลอดทดลองขนาดใหญแตละหลอดสงเกตการเปลยนแปลง

5.ทำาการทดลองอกครงแตใชนำาทอณหภม60–80°Cแทนนำาทอณหภมหองสงเกตการ เปลยนแปลง

1. สารละลายในบกเกอรทใสโลหะแตละชนดมสมบตเปนกรดหรอเบส2. จงเปรยบเทยบความวองไวในการเกดปฏกรยาเคมกบนำาของโลหะหมหลกและโลหะแทรนซชน

วธทดลอง

คำาถามทายการทดลอง

13.กระบอกตวง14.กระดาษทรายเบอร115.ตะเกยงแอลกอฮอลพรอมทกนลม

16.เทอรมอมเตอร17.กระจกนาฬกา18.ปากคบ



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากการทดลองใชโลหะโซเดยมและแมกนเซยมเปนตวแทนของโลหะหมหลกซงอยหม IAและ IIAตามลำาดบ เมอนำาธาตทงสองทำาปฏกรยาเคมกบนำาพบวาทอณหภมหอง โลหะโซเดยมทำาปฏกรยากบนำาไดเรวและรนแรงสวนแมกนเซยมเกดปฏกรยาไดคอนขางชาแตจะเกดปฏกรยาไดเรวขนในนำารอนสารละลายทไดมสมบตเปนเบสซงสงเกตไดจากการเปลยนสของฟนอลฟทาลนและมแกสเกดขนซงถาทดสอบแกสทเกดขนจะพบวาเปนแกสไฮโดรเจน เขยนสมการแสดงปฏกรยาเคมทเกดขนไดดงน

2Na(s)+2H₂O(l)2Na+(aq)+2OH-(aq)+H₂(g)

Mg(s)+2H₂O(l)Mg²+(aq)+2OH-(aq)+H₂(g)

สำาหรบโลหะทองแดงและสงกะสซงเปนตวแทนของธาตแทรนซชนเมอใสลงไปในนำาทอณหภมหองพบวาไมมปฏกรยาเคมเกดขน ซงสามารถกลาวไดวาธาตแทรนซชนทำาปฏกรยาเคมกบนำาไดชากวาธาตหมหลก

ก)โลหะโซเดยมกบนำาข)โลหะแมกนเซยมกบนำารอน

รป 2.30 ปฏกรยาของโลหะหมหลกกบนำา

ชวนคด

การทดสอบแกสเพอยนยนวาเปนแกสไฮโดรเจนทำาไดอยางไร



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

1.ธาตABและCมเลขอะตอม4050และ60ตามลำาดบธาตใดเปนธาตหมหลกและธาตใดเปนธาตแทรนซชน

2. เขยนแผนภาพเวนนเปรยบเทยบสมบตทเหมอนและแตกตางของโลหะหมหลกหรอโลหะ เรพรเซนเททฟและโลหะแทรนซชน

2.6 ธาตกมมนตรงส ธาตอกกลมหนงในตารางธาตซงมสมบตแตกตางจากธาตทเคยศกษามาแลวคอสามารถแผรงสแลวกลายเปนอะตอมของธาตใหมไดนกเรยนคดวาการเปลยนแปลงเหลานเกดขนไดอยางไร ในปพ.ศ.2439อองตวนอองรแบกเกอเรล(AntoineHenriBecquerel)นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสพบวา เมอเกบแผนฟลมถายรปทหมดวยกระดาษสดำาไวกบสารประกอบของยเรเนยม แผนฟลมจะมลกษณะเหมอนถกแสงและเมอทำาการทดลองกบสารประกอบของยเรเนยมชนดอนๆกไดผลเชนเดยวกนจงสรปวานาจะมรงสแผออกมาจากธาตยเรเนยม ตอมาปแอรกรและมารกร (PierreCurieและMarieCurie)ไดคนพบวาธาตพอโลเนยมเรเดยมและทอเรยมกสามารถแผรงสไดเชนเดยวกนปรากฏการณทธาตแผรงสไดเองอยางตอเนองเรยกวา กมมนตภาพรงส (radioactivity)ซงเปนการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสของไอโซโทปทไมเสถยร และไอโซโทปของธาตทสามารถแผรงสไดเองอยางตอเนองเรยกวาไอโซโทปกมมนตรงส(radioactive isotope) หรอสารกมมนตรงส (radioactive substance) เชน carbon-14 (C-14)สำาหรบธาตททกไอโซโทปเปนไอโซโทปกมมนตรงส จะเรยกธาตทมสมบตเชนนวา ธาตกมมนตรงส (radioactiveelement)ธาตกมมนตรงสสวนใหญมเลขอะตอมสงกวา833เชนU-238U-235Th-232Rn-222 ในธรรมชาตพบธาตกมมนตรงสหลายชนด นอกจากนนกวทยาศาสตรยงสงเคราะหธาตกมมนตรงสขนเพอใชประโยชนในดานตางๆ 2.6.1 การเกดกมมนตภาพรงส กมมนตภาพรงสเปนปรากฏการณทเกดกบไอโซโทปกมมนตรงสเพราะนวเคลยสมพลงงานสงมากและไมเสถยรจงปลอยพลงงานออกมาในรปของอนภาคหรอรงสจากการศกษาของนกวทยาศาสตรแสดงใหเหนวา รงสทแผออกมาจากไอโซโทปกมมนตรงสอาจเปนรงสแอลฟา (alpharay)รงสบตา(betaray)หรอแกมมา(gammaray)ดงรป2.31


3ในทางเคมBi-209ซงมเลขอะตอม83ถอวาเปนธาตทเสถยรเนองจากมครงชวตของการแผรงสแอลฟาทยาวนานมาก(1.9×10¹⁹ป)ซงมากกวาพนลานเทาของอายของจกรวาล



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รงสทแผออกมาจากไอโซโทปกมมนตรงส เชน รงสแอลฟา บตา แกมมา มสมบตเปนอยางไรศกษาไดจากตาราง2.13

ตาราง 2.13 สมบตของรงสบางชนด

รป 2.31 การแผรงสของไอโซโทปกมมนตรงสผานสนามไฟฟา

เปนนวเคลยสของอะตอมฮเลยม มโปรตอนและนวตรอนอยางละ2อนภาคมประจไฟฟา+2มเลขมวล4มอำานาจทะลทะลวงตำามากไมสามารถผานแผนกระดาษหรอโลหะบางๆ ได เบยงเบนในสนามไฟฟาโดยเบนเขาหาขวลบ

มสมบตเหมอนอเลกตรอนมประจไฟฟา–1มมวลเทากบมวลของอเลกตรอนมอำานาจทะลทะลวงสงกวารงสแอลฟาถง 100 เทาสามารถผานแผนโลหะบางๆ เชนแผนตะกวหนา 1มลลเมตรหรอแผนอะลมเนยมหนา5 มลลเมตร มความเรวใกลเคยงความเรวแสงเบยงเบนในสนามไฟฟาโดยเบนเขาหาขวบวก

α

หรอ

β

หรอ

รงสแอลฟา

หรออนภาคแอลฟา

รงสบตา

หรออนภาคบตา

ชนดของรงส สญลกษณ สมบต

⁴He₂

⁰e-₁



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ชนดของรงส สญลกษณ สมบต

เปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสนมาก ไมมประจและไมมมวล มอำานาจทะลทะลวงสงมากสามารถทะลผานแผนตะกวหนา8มลลเมตรหรอผานแผนคอนกรตหนาๆได

2.6.2 การสลายตวของไอโซโทปกมมนตรงส จากการศกษาไอโซโทปของธาตจำานวนมากทำาใหไดขอสงเกตวา ไอโซโทปของนวเคลยสทมอตราสวนระหวางจำานวนนวตรอนตอจำานวนโปรตอนไมเหมาะสมคอนวเคลยสทมจำานวนนวตรอนแตกตางจากจำานวนโปรตอนมากเกนไปจะไมเสถยร จงเกดการเปลยนแปลงภายในนวเคลยสโดยการแผรงส (radiation)ออกมาแลวเกดเปนนวเคลยสของธาตใหมทเสถยรกวาดงตวอยางตอไปน การแผรงสแอลฟา สวนใหญเกดกบนวเคลยสทมเลขอะตอมสงกวา 83 และมจำานวนนวตรอนตอโปรตอนในสดสวนทไมเหมาะสม เมอปลอยรงสแอลฟาออกมาจะกลายเปนนวเคลยสของธาตใหมทเสถยรซงมเลขอะตอมลดลง2และเลขมวลลดลง4ดงตวอยาง

γรงสแกมมา

รงสทแผออกมาจากไอโซโทปกมมนตรงสนอกจากรงสแอลฟาบตาแกมมาแลวยงมรงสชนดอนๆ

เชนโพซตรอน(β+)สญลกษณคอโปรตอน(p)สญลกษณคอดวเทอรอน(D)สญลกษณคอ

ทรทอน(T)สญลกษณคอนวตรอน(n)สญลกษณคอ

รหรอไม

โพซตรอน(positron)เปนอนภาคทมมวลเทากบอเลกตรอนแตมประจไฟฟาเปนบวก

⁰e+₁ ¹H₁²H₁ ³H₁ ¹n₀



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

การแผรงสบตา เกดกบนวเคลยสทมจำานวนนวตรอนมากกวาโปรตอนมาก นวตรอนในนวเคลยสจะเปลยนไปเปนโปรตอนและอเลกตรอน ซงอเลกตรอนจะถกปลดปลอยออกจากนวเคลยสในรปของรงสบตาและนวเคลยสใหมจะมเลขอะตอมเพมขน1โดยทเลขมวลยงคงเดมดงตวอยาง

การแผรงสแกมมา เกดกบไอโซโทปกมมนตรงสทมพลงงานสงมาก หรอไอโซโทปทสลายตวใหรงสแอลฟาหรอบตาแตนวเคลยสทเกดใหมยงไมเสถยรเพราะมพลงงานสงจงเกดการเปลยนแปลงในนวเคลยสเพอใหมพลงงานตำาลงโดยปลอยพลงงานสวนเกนออกมาเปนรงสแกมมาดงตวอยาง

รหรอไม

สมการนวเคลยรทดลแลวจะตองมผลรวมของเลขอะตอมและเลขมวลของสารกอนเกดปฏกรยาเทากบผลรวมของเลขอะตอมและเลขมวลของสารหลงเกดปฏกรยา

Pb

Pb

Te

Ra₈₈

₈₂

²⁶⁶

²⁰⁴

Al₁₃²⁸

Ra

Hg+₈₀²⁰⁰

Bi+

Te +

Rn+₈₆²²²

₁₄²⁸Si+

Rn+

He₂⁴

He₂⁴

₈₃₈₂ ²¹⁰²¹⁰ ⁰e-₁

⁰e-₁

γ

γ

₅₂ ₅₂¹²⁹ ¹²⁹

₈₈ ₈₆²²⁶ ²²² ⁴He₂

Rn+₈₆²²²



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ชนดของรงสทไอโซโทปกมมนตรงสหรอธาตกมมนตรงสปลดปลอยออกมา สามารถพจารณาไดจากกราฟในรป2.32

จากรป2.32แถบทแรเงาแทนแถบเสถยรภาพ(beltofstability)จดสดำาแทนไอโซโทปของธาตทเสถยร ซงจากรปจะเหนวาธาตทมจำานวนโปรตอน (เลขอะตอม) มากกวา 83 ไมมไอโซโทปทเสถยร ไอโซโทปทไมเสถยรเหลานมแนวโนมทจะปลอยรงสแอลฟาเพอเกดเปนไอโซโทปใหมทมจำานวนโปรตอนและนวตรอนลดลง สำาหรบไอโซโทปทมสดสวนของนวตรอนตอโปรตอนมากเกนไป(แถบสเขยว)มแนวโนมแผรงสบตาเพราะเมอปลอยรงสบตาออกมาจะเกดเปนไอโซโทปใหมทมจำานวนโปรตอนเพมขนแตจำานวนจำานวนนวตรอนลดลง(เลขมวลเทาเดม)ในขณะทไอโซโทปทมสดสวนของนวตรอนตอโปรตอนนอยเกนไป (แถบสเหลอง) จะมแนวโนมแผรงสโพซตรอน ซงจะทำาใหไอโซโทปทเกดขนมจำานวนโปรตอนลดลงแตนวตรอนเพมขน(เลขมวลเทาเดม)

รป 2.32 เขตเสถยรภาพของไอโซโทปของธาตและชนดของรงสทแผนอกเขตเสถยรภาพ

1.ปจจยใดททำาใหมแนวโนมในการแผรงสแอลฟาในขณะทมแนวโนมใน

การแผรงสบตา

2.นกเรยนคดวามแนวโนมในการแผรงสชนดใดเพราะเหตใด


²⁰⁴Pb₈₂ ²¹⁰Pb₈₂

¹⁴C₆

แผรงสแอลฟา

นวตรอน=โปรตอน

จำานว

นนวต

รอน

แผรงสโพซตรอน

ไอโซโทปทเสถยร(จดสดำา)

เลขอะตอม

แผรงสบตา



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

นวเคลยสของไอโซโทปกมมนตรงสสามารถสลายตวและแผรงสไดตลอดเวลาโดยไมขนกบอณหภมหรอความดน การสลายตวและแผรงสของไอโซโทปกมมนตรงสจะเปนสดสวนโดยตรงกบจำานวนอนภาคในนวเคลยสกมมนตรงสนน

2.6.3 อนตรายจากไอโซโทปกมมนตรงส กจวตรตางๆในชวตประจำาวนทงการรบประทานอาหารการดมนำาการหายใจลวนมโอกาสทมนษยจะไดรบรงสจากไอโซโทปกมมนตรงส เชนK-40C-14Ra-226เขาสรางกายนอกจากนยงไดรบรงสคอสมก (cosmic ray) ซงสวนใหญมาจากอวกาศ รงสตาง ๆ เหลานมแหลงกำาเนดจากธรรมชาตนอกจากนบางคนยงไดรบรงสทมนษยสรางขนมาเชนรงสจากเครองเอกซเรยรงสจากโรงไฟฟานวเคลยร

รป 2.33 ปรมาณรงสทไดรบในแตละวนโดยประมาณ

รงสคอสมก12% เครองมอแพทย17%

อากาศ40%

อาหารและเครองดม15%หนและดน15%

อนๆ1%



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

แมมนษยจะไดรบรงสจากกจวตรประจำาวนแตการไดรบรงสจากธรรมชาตหรอจากทมนษยสรางขนในปรมาณเพยงเลกนอย โดยนอยกวา 100มลลซเวรตพบวาเซลลเนอเยอสามารถฟนตวไดแตการไดรบรงสมากกวา 100 มลลซเวรต ทำาใหเกดความเสยงตอสขภาพ เชน คลนไส อาเจยนปวดศรษะเปนมะเรงโรคทางพนธกรรมตอแกวตาการไดรบรงสปรมาณมากทวรางกายในเวลาสน ๆสามารถทำาใหเสยชวตได

สำาหรบหนวยงานททำางานเกยวกบรงสจะตองแสดงสญลกษณรงส(radiationsymbol)ลงบนฉลากของภาชนะหรอเครองมอรวมทงบรเวณใกลเคยง เพอใหผพบเหนไดระมดระวง สญลกษณรงสใชเปนมาตรฐานจะเปนรปใบพด3แฉกมสมวงออนมวงเขมหรอสดำาบนพนสเหลองดงรป2.34

เนองจากสญลกษณรงสดงรป 2.34 อาจสอความหมายไมชดเจนหรอบคคลทไมเกยวของอาจไมเขาใจความหมายดงนนทบวงปรมาณระหวางประเทศ(InternationalAtomicEnergyAgencyหรอIAEA)และองคกรระหวางประเทศวาดวยมาตรฐาน(InternationalOrganizationforStan-dardizationหรอISO)ไดออกแบบสญลกษณใหมเปนรปคลนของรงสกะโหลกไขวและคนกำาลงวงดงรป2.35โดยมการประกาศใชเมอวนท15กมภาพนธ2550

ศพทนาร

ซเวรต (sievert, Sv) เปนหนวยวดปรมาณการไดรบรงส กำาหนดโดยคณะกรรมาธการวาดวยการปองกนรงสระหวางประเทศ (InternationalCommissiononRadiologicalProtectionหรอICRP)

รป 2.34 สญลกษณรงส



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.6.4 ครงชวตของไอโซโทปกมมนตรงส ไอโซโทปกมมนตรงสจะสลายตวใหรงสชนดใดชนดหนงออกมาไดเองตลอดเวลา ไอโซโทปกมมนตรงสแตละชนดจะสลายตวไดเรวหรอชาแตกตางกนอตราการสลายตวของไอโซโทปกมมนตรงสจะบอกเปนครงชวต(halflife)ใชสญลกษณt₁/₂โดยหมายถงระยะเวลาทนวเคลยสของไอโซโทปกมมนตรงสสลายตวจนเหลอครงหนงของปรมาณเดมไอโซโทปกมมนตรงสของธาตชนดหนงๆจะมครงชวตคงเดมไมวาจะอยในรปของธาตหรอเกดเปนสารประกอบ เชน Na-24 มครงชวต 15ชวโมงหมายความวาถาเรมตนมNa-24ปรมาณ10กรมนวเคลยสนจะสลายตวใหรงสออกมาจนกระทงเวลาผานไปครบ15ชวโมงจะมNa-24เหลออย5กรมและเมอเวลาผานไปอก15ชวโมงจะมNa-24เหลออย2.5กรมนนคอเวลาผานไปทกๆ15ชวโมงNa-24จะสลายตวไปเหลอเพยงครงหนงของปรมาณเดมเขยนแสดงไดดงรป2.36

Na-24Mg-24+β

Mg-24+ γ

รป 2.35 สญลกษณรงสแบบใหม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ครงชวตเปนสมบตเฉพาะตวของแตละไอโซโทปและสามารถใชเปรยบเทยบอตราการสลายตวของไอโซโทปกมมนตรงสแตละชนดได ตวอยางครงชวตของไอโซโทปกมมนตรงสบางชนด แสดงดงตาราง2.14

รป 2.36 แสดงปรมาณของ Na-24 ทลดลงครงหนงทก ๆ 15 ชวโมง

1.เมอNa-24สลายตวจนเหลอครงหนงของปรมาณเดมปรมาณเนอสารทงหมดควรลดลงเหลอครงหนงของปรมาณเดมหรอไมเพราะเหตใด2.ถาผานไป60ชวโมงจากจดเรมตนจะเหลอNa-24อยรอยละเทาใด




สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ตาราง 2.14 ตวอยางครงชวตของไอโซโทปกมมนตรงสบางชนด

ระยะเวลาทแสดงถงครงชวตของไอโซโทปกมมนตรงสสามารถนำาไปใชคำานวณหาปรมาณของไอโซโทปกมมนตรงสในระยะเวลาตางๆกนไดดงตวอยางตอไปน

จงหาปรมาณของTc-99ทเหลอเมอวางTc-99จำานวน10.0กรมไวนาน24ชวโมงและTc-99มครงชวต6.0ชวโมง

แนวคด Tc-99มครงชวต6.0ชวโมงเมอวางTc-99ไวนาน24ชวโมงจงเทากบวางไวนาน4ครงชวตถามTc-99จำานวน10.0gปรมาณTc-99ทเหลอในแตละครงชวตจะเปนดงน

1.6 × 10-⁴วนาท

8.1วน

5.3ป

1600ป

5730ป

4.5 × 10⁹ป

α

β

β

α และγ

β

α

ไอโซโทปกมมนตรงส ครงชวต รงสทแผออก

ตวอยาง 1

₉₂²³⁸U

₆¹⁴C

₈₈²²⁶Ra

₂₇⁶⁰Co

₅₃¹³¹I

₈₄²¹⁴Po



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

แสดงวาเมอเวลาผานไป24ชวโมงจะมTc-99เหลออย0.625กรม

นอกจากวธการขางตนเรายงสามารถคำานวณโดยใชสตร เมอ N0 = มวลไอโซโทปเรมตน(กรม) Nt = มวลไอโซโทปทเหลอ(กรม) n = จำานวนครงชวต

จากตวอยาง1เมอแทนคาในสตรจะได

Tc-9910.0g Tc-995.00gTc-992.50g

Tc-990.625g Tc-991.25g

6.0ชวโมง 12ชวโมง

18ชวโมง

24ชวโมง

4ชวโมง

1ครงชวต 2ครงชวต

3ครงชวต

N0Nt=

2n

10กรม 10กรมNt= 0.625กรม= =

24 16

จงหาปรมาณI-131เรมตนเมอนำาI-131จำานวนหนงมาวางไวเปนเวลา40.5วนปรากฏวามมวลเหลอ0.125กรมโดยครงชวตของI-131เทากบ8.1วน

แนวคด สมมตI-131เรมตนมaกรม I-131จำานวนaกรมวางไว40.5วน=5ครงชวต ครงชวตสดทายI-131ทเหลอมมวล=0.125กรม

ตวอยาง 2



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

I-131ag I-131I-131

I-131 I-131gI-131

8.1วน

40.5วน

16.2วน

32.4วน

24.3วน

1ครงชวต

5ครงชวต

2ครงชวต

4ครงชวต

3ครงชวต

a g4

a g8

a16

a g32

a g32

a g2

=0.125g

a =0.125x32=4.00g

แสดงวาI-131เรมตนมมวล4.00กรม

จากตวอยาง2เมอแทนคาในสตรจะได

2.6.5 ปฏกรยานวเคลยร ปฏกรยานวเคลยรเปนการเปลยนแปลงในนวเคลยสของไอโซโทปกมมนตรงส อาจเกดจากการแตกตวของนวเคลยสของอะตอมทมขนาดใหญ หรอเกดจากการรวมตวของนวเคลยสของอะตอมทมขนาดเลกแลวไดไอโซโทปใหมหรอนวเคลยสของธาตใหม รวมทงมพลงงานเกยวของกบปฏกรยาเปนจำานวนมหาศาลซงสามารถนำามาใชประโยชนได ในป พ.ศ. 2482 นกวทยาศาสตรไดคนพบวาเมอยงอนภาคนวตรอนไปยงนวเคลยสของ U-235นวเคลยสจะแตกออกเปนนวเคลยสของธาตทเบากวาเชน

₉₂

₉₂

₅₆

₅₂

₃₆

₄₀

+

+

+

+

+

+

+พลงงาน

+พลงงาน

²³⁵U

²³⁵U

¹⁴¹Ba

¹³⁷Te

⁹²Kr

⁹⁷Zr

3

2

¹n

¹n

¹n

¹n

₀

₀

₀

₀

N₀Nt =2n

หมายเหตn=(40.5/8.1=5)

N₀=0.125g×2⁵=0.125g×32=4.00g



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

กระบวนการทนวเคลยสของไอโซโทปของธาตหนกบางชนดแตกออกเปนไอโซโทปของธาตทเบากวาดงตวอยางทกลาวมาแลวเรยกวาฟชชน(fission)ไอโซโทปของธาตอนทสามารถเกดฟชชนได เชน U-238 หรอ Pu-239 การเกดฟชชนแตละครงจะคายพลงงานออกมาจำานวนมากและไดไอโซโทปกมมนตรงสหลายชนดจงถอไดวาฟชชนเปนวธผลตไอโซโทปกมมนตรงสทสำาคญนอกจากนฟชชนยงไดนวตรอนเกดขนดวยถานวตรอนทเกดขนใหมนชนกบนวเคลยสอนๆจะเกดฟชชนตอเนองไปเรอยๆเรยกปฏกรยานวาปฏกรยาลกโซ (chainreaction)ดงรป2.37

ฟชชนทเกดขนภายใตภาวะทเหมาะสมจะไดจำานวนนวตรอนเพมขนอยางรวดเรวทำาใหฟชชนดำาเนนไปอยางรวดเรวและปลอยพลงงานออกมาจำานวนมหาศาลถาไมสามารถควบคมปฏกรยาไดอาจเกดการระเบดอยางรนแรง หลกการของการเกดปฏกรยาลกโซไดนำามาใชในการทำาระเบดปรมาณการควบคมฟชชนทำาไดหลายวธ เชน ควบคมมวลของสารตงตนใหนอยลงเพอใหจำานวนนวตรอนทเกดขนมไมเพยงพอทจะทำาใหเกดปฏกรยาลกโซได หรอใชโลหะแคดเมยมและโบรอนจบนวตรอนบางสวนไวเพอลดจำานวนนวตรอนทเกดขน ปจจบนนกวทยาศาสตรนำาฟชชนมาใชประโยชนอยางกวางขวาง เชน ใชผลตไอโซโทปกมมนตรงสในเตาปฏกรณปรมาณเพอใชในการเกษตร การแพทยและอตสาหกรรมใชผลตกระแสไฟฟาในโรงไฟฟาปรมาณ ในกรณทนวเคลยสของธาตเบาสองชนดหลอมรวมกนเกดเปนนวเคลยสใหมทมมวลสงกวาเดมและใหพลงงานปรมาณมากดงตวอยาง

รป 2.36 แสดงปรมาณของ Na-24 ทลดลงครงหนงทก ๆ 15 ชวโมง



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

กระบวนการนเรยกวา ฟวชน (fusion) ปฏกรยาทงสองนเปนปฏกรยาเดยวกบทเกดขนบนดวงอาทตย การเกดฟวชนจะตองใชพลงงานเรมตนสงมาก เพอเอาชนะแรงผลกระหวางนวเคลยสทจะเขารวมกน ซงประมาณกนวาจะตองมอณหภมสงถงหลายลานองศาเซลเซยส พลงงานมหาศาลนอาจไดจากฟชชนซงเปรยบเสมอนเปนชนวนททำาใหเกดฟวชนถาพลงงานทปลอยออกมาจากฟวชนเกดขนอยางรวดเรวจะเกดการระเบดอยางรนแรง แตถาควบคมใหมการปลอยพลงงานออกมาอยางชา ๆ และตอเนองจะใหพลงงานมหาศาลทเปนประโยชนตอมนษย ฟวชนมขอไดเปรยบกวาฟชชนหลายประการกลาวคอ คายพลงงานออกมามาก สารตงตนของฟวชนหาไดงายและมปรมาณมากนอกจากนผลตภณฑทเกดจากฟวชนเปนธาตกมมนตรงสทมครงชวตสนและมอนตรายนอยกวาผลตภณฑจากฟชชน แมจะมการคนพบกระบวนการฟวชนมานานแตการนำามาใชอยางเปนรปธรรมเปนไปไดยากเพราะการเกดฟวชนตองใชอณหภมสงมาก ซงทสภาวะนสารจะเปลยนรปเปนพลาสมา (plasma)ซงไมเสถยรดงนนการควบคมกระบวนการฟวชนใหเกดขนอยางตอเนองเปนไปไดยากมาก

ตวอยางของการพยายามนำาความรเรองฟวชนมาใชประโยชน เชน การสรางโทคาแมค (tokamak)ขนาดใหญภายใตโครงการผลตเครองปฏกรณนวเคลยรฟวชนซงเปนความรวมมอกนในระดบนานาชาต มสมาชกหลกคอ สหรฐอเมรกา ยโรป รสเซย จน ญปน และ เกาหลใต โครงการนมวตถประสงคเพอสรางตนแบบของโรงผลตพลงงานไฟฟาโดยใชฟวชน

ศพทนาร

พลาสมา ในทางเคมหมายถงแกสทเสยอเลกตรอนอยางนอย 1 อเลกตรอน จากโมเลกลทำาใหมสภาพเปนไอออนและมสภาพการนำาไฟฟาเกดขน

+

+

+

+

+พลงงาน

+พลงงาน

²He

²He ²He

³He ⁴He

³He

¹n

¹n

₁

₁ ₁

₁ ₂

₂

₀

₁



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

รหรอไม

โทคาแมค เปนเครองมอทใชในการทดลองนวเคลยรฟวชนโดยใชสนามแมเหลก

เปนตวควบคมพลาสมาภายนอกโทคาแมคมลกษณะเหมอนขนมโดนท

2.6.6 เทคโนโลยทเกยวของกบการใชสารกมมนตรงส

สารกมมนตรงสแตละชนดมครงชวตไมเทากนและแผรงสไดแตกตางกน การนำาสารกมมนตรงส

มาใชประโยชนจงแตกตางกนดงตวอยาง

ดานธรณวทยาใชC-14ซงมครงชวต5730ปหาอายของวตถโบราณทมคารบอนเปนองค

ประกอบ เชน ไม กระดก สารอนทรยตาง ๆ การหาอายวตถโบราณโดยการวดปรมาณของ C-14

อธบายไดวา ในบรรยากาศม C-14 ซงเกดจากไนโตรเจนรวมตวกบนวตรอนจากรงสคอสมก

ดงปฏกรยา

ในอากาศจงมทงคารบอนในรปของ C-12 และ C-14 เมอคารบอนทำาปฏกรยากบออกซเจนในอากาศเกดเปนแกสคารบอนไดออกไซดจงพบทงในรปของ ¹²CO₂ ปนอยกบ ¹⁴CO₂ ซงพชจะนำาไปใชในกระบวนการสงเคราะหดวยแสง เมอสตวกนพชเหลานนเปนอาหาร C-14 จะเขาสรางกายของสตวทำาใหพบ C-14 ไดทงในพชและสตว ขณะทพชหรอสตวยงมชวตอย ¹⁴CO₂ จะถกรบเขาและขบออกตลอดเวลา เปนผลให C-14 ในสงมชวตมความเขมขนคงทหรอกลาววาสดสวนระหวาง

กระแสพลาสมา

แมเหลก

+ +¹⁴N ¹⁴C ¹H¹n₁₇ ₁₆ ₁₀



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

C-14ตอC-12มคาคงทเมอสงมชวตตายการรบC-14เขาสรางกายจะสนสดลงแตการสลายตวยงเกดขนตอไปจงทำาใหมปรมาณC-14หรอสดสวนระหวางC–14ตอC–12ลดลงเรอยๆดงนนถาทราบสดสวนระหวางC-14ตอC-12ในขณะทยงมชวตอยและวดปรมาณของC–14ในขณะทนำามาศกษาไดกสามารถทำานายอายได เชน สมมตวาพบซากไมโบราณชนหนงมอตราการสลายตวของC–14 ลดลงไปครงหนงจากของเดมขณะทยงมชวตอยกอาจสรปไดวา ไมชนนนตายมาแลวเทากบครงชวตของC–14หรอมอายประมาณ5730ป

ดานการแพทย ใชเพอศกษาความผดปกตของอวยวะตางๆ ในรางกายโดยใหคนไขรบประทานอาหารหรอยาทมไอโซโทปกมมนตรงสจำานวนเลกนอยจากนนใชเครองมอตรวจสอบรงสเพอตดตามดผลการดดซมไอโซโทปกมมนตรงสของระบบอวยวะตาง ๆ เชน ใหดมสารละลาย I–131 แลวตดตามดความผดปกตของตอมไทรอยด ใช I–132 ตดตามดภาพสมอง ฉด Na–24 เขาเสนเลอดโดยตรงเพอดระบบการไหลเวยนของเลอด รบประทาน Tc–99 เมอตองการดภาพหวใจ ตบ ปอดนอกจากนแพทยยงใชไอโซโทปกมมนตรงสรกษาโรคโดยตรงเชนใชCo–60หรอRa–226ในการรกษาโรคมะเรง

ดานเกษตรกรรมใชไอโซโทปกมมนตรงสในการตดตามระยะเวลาของการหมนเวยนแรธาตในพชโดยเรมตนจากการดดซมทรากจนถงการคายออกทใบหรอจำานวนแรธาตทพชสะสมไวทใบ เชน ใชP–32จำานวนเลกนอยผสมกบฟอสฟอรสทไมมรงสเพอทำาปย แลวใชเครองไกเกอร มลเลอร เคานเตอรตรวจวดรงสทใบของพช ใชรงสเพอการปรบปรงเมลดพนธพชใหไดพนธกรรมตามตองการโดยการนำาเมลดพนธพชมาอาบรงสนวตรอนในปรมาณและระยะเวลาทเหมาะสมจะทำาใหเกดการกลายพนธได

ดานอตสาหกรรม ใชไอโซโทปกมมนตรงสกบงานหลายอยาง เชน ใชตรวจหารอยตำาหนในโลหะหรอรอยรวของทอขนสงของเหลว โดยผสมไอโซโทปกมมนตรงสกบของเหลวทจะขนสงไปตามทอแลวตดตามการแผรงสดวยเครองไกเกอรมลเลอรเคานเตอรถาบรเวณใดทเครองมสญญาณจำานวนนบมากผดปกตแสดงวาบรเวณนนมการรวไหลเกดขน ใชวดความหนาของวตถเนองจากรงสแตละชนดทะลทะลวงวตถไดดไมเทากนดงนนเมอผานรงสไปยงแผนวตถตางๆเชนโลหะกระดาษพลาสตก แลววดความสามารถในการดดซบรงสของวตถนนดวยเครองไกเกอร มลเลอร เคานเตอรเปรยบเทยบจำานวนนบกบตารางขอมลกจะทำาใหทราบความหนาของวตถได



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

ในอตสาหกรรมการทำาอญมณใชรงสเพอทำาใหอญมณมสสนสวยงามขน โดยใชรงสแกมมานวตรอน หรออเลกตรอนพลงงานสงฉายไปบนอญมณ จะทำาใหสารททำาใหเกดสบนอญมณเปลยนสไปได อญมณทฉายดวยรงสแกมมาจะไมมรงสตกคางแตการอาบดวยรงสนวตรอนจะมไอโซโทปกมมนตรงสเกดขน จงตองปลอยใหไอโซโทปกมมนตรงสสลายตวจนมระดบรงสทปลอดภยจงนำามาใชประโยชน การเกบถนอมอาหาร ใช Co–60 ซงจะใหรงสแกมมาทไมมผลตกคางและรงสจะทำาลายแบคทเรยจงชวยเกบรกษาอาหารไวไดนานหลายวนหลงจากการผานรงสเขาไปในอาหารแลว จะเหนไดวาไอโซโทปกมมนตรงสใหประโยชนตอมนษยอยางมากแตถาใชในปรมาณไมถกตองหรอนำาไปใชในสภาพไมเหมาะสมกจะมผลตอสงมชวตและสงแวดลอมได

ชวนคด

สญลกษณดงกลาวบนฉลากอาหารมความหมายวาอะไร



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

2.7 การนำาธาตไปใชประโยชนและผลกระทบตอสงมชวต มนษยนำาธาตมาใชประโยชนตงแตอดตกาล เชน นำาทองคำามาทำาเครองประดบ นำาเหลกมาทำามด นำาทองแดงมาทำาภาชนะเครองใช ในปจจบนมการคนพบและศกษาสมบตของธาตมากขนจงมการนำาธาตมาใชประโยชนไดหลากหลายมากขน ในหวขอนนกเรยนจะไดเรยนรเกยวกบประโยชนของธาตบางชนดรวมทงศกษาถงผลกระทบทมตอสงมชวตและสงแวดลอม 2.7.1 ประโยชนของธาต การจำาแนกธาตออกเปนกลมนอกจากจะชวยใหงายตอการศกษาสมบตของธาตแลว ยงงายตอการพจารณาสมบตทเหมาะสมในการนำาไปประยกตใชงานไดอกดวย ตวอยางการใชประโยชนจากธาตดงน ธาตโลหะมสมบตการนำาความรอนและนำาไฟฟาไดดจงนยมนำามาทำาเปนอปกรณไฟฟา เชนนำาทองแดงมาทำาสายไฟฟา นำาสงกะสมาทำาขวไฟฟาของถานไฟฉาย นำาลเทยมมาทำาขวไฟฟาในแบตเตอรลเทยมนำาโซเดยมมาเปนตวกลางแลกเปลยนความรอนและหลอเยนในปฏกรณนวเคลยร ธาตกงโลหะเชนซลคอนเจอรเมเนยมมสมบตกำากงระหวางสมบตของโลหะกบอโลหะเชน


1. จงเขยนสญลกษณนวเคลยรของอนภาคตอไปน 1.1อนภาคแอลฟา 1.2อนภาคบตา 1.3อนภาคโพซตรอน

2. ธาตแฟรนเซยมคารบอนนออนทอเรยมธาตใดบางไมมไอโซโทปทเสถยรในธรรมชาต

3. จงเขยนสมการตอไปนใหสมบรณ

3.1 ............................. +

3.2 + .............................

3.3 + + .............................

4. ไอโอดน–131มครงชวต8วนจำานวน10กรมเมอเวลาผานไปกวนจงจะมไอโอดน–131

เหลอ2.5กรม

5. เขยนแผนภาพเวนนเพอเปรยบเทยบฟวชนและฟชชน

²⁷Si ⁰e₁₄ +₁

⁶⁶Cu ⁶⁶Zn₂₉ ₃₀

²⁷Al ³⁰Si⁴He₁₃ ₁₄₂



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

นำาไฟฟาไดแตนำาไดไมด นยมนำามาทำาเปนสารกงตวนำา (semiconductors) ซงมสมบตในการนำาไฟฟาอยระหวางตวนำาและฉนวนเพอใชเปนวสดทำาอปกรณอเลกทรอนกสตางๆ ธาตหม 18 หรอ VIIIA เปนธาตทเฉอยตอการเกดปฏกรยาจงนำามาใชประโยชนตามสมบตของแกสมสกล เชน นำาฮเลยมซงมความหนาแนนนอยกวาอากาศมาบรรจในบอลลนและเรอเหาะแทนแกสไฮโดรเจน เนองจากแกสฮเลยมไมตดไฟเหมอนแกสไฮโดรเจน นำาอารกอนมาเปนแกสบรรจในหลอดไฟเพอใหไสหลอดมอายการใชงานทนานขน ทงนเพราะอารกอนไมทำาปฏกรยากบไสหลอดขณะทรอน สำาหรบธาตทมไอโซโทปกมมนตรงส สามารถนำามาใชประโยชนไดดงทกลาวไวแลวในหวขอ2.6.6 แมธาตทอยในกลมเดยวกนจะมสมบตคลายกน แตธาตทกชนดยงมสมบตเฉพาะตวทแตกตางกนดวย ดงนนการนำาไปใชประโยชนจงมความจำาเพาะแตกตางกน การทธาตแตละชนดมสมบตเฉพาะตวแตกตางกนทำาใหบางครงนกวทยาศาสตรตองนำาธาตมากกวา1ชนดมาละลายหรอผสมกนเพอใหมสมบตตามทตองการและนำาไปใชประโยชนไดหลากหลายมากขน เชน นำาเหลกมาผสมกบโครเมยมเพอปองกนไมใหเหลกเปนสนมจงทนตอการผกรอนมากขน เพอใหนกเรยนมความรเกยวกบตวอยางของการนำาธาตไปใชประโยชนมากขน ใหทำากจกรรม2.6 ซงในกจกรรมนนกเรยนตองศกษาขอมลทกำาหนดให และทำานายวาขอมลการใชประโยชนทกำาหนดใหนาจะเปนการใชประโยชนของธาตใด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย


กจกรรม 2.6 ตามลาหาธาต


ศกษาการใชประโยชนของธาตตางๆ

1. แตละกลมรวมกนศกษาขอมลเกยวกบประโยชนของธาต2. เขยนชอธาตเปนภาษาองกฤษในชองทกำาหนดใหซงมหมายเลขกำากบโดยอาจเปนแนวตง หรอแนวนอนดงตวอยาง



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

แนวตง 1. ใชเปนโครงสรางในการสรางบานอาคารทำาเปนชนสวนของเครองจกรใชทำารางรถไฟ3. ใชในกระบวนการไฮโดรจเนชนซงใชในอตสาหกรรมอาหารในสถานะของเหลวจะถกนำา ไปใชเปนเชอเพลงของจรวด4. ใชชบโลหะปองกนการเกดสนมและชวยใหมผวแวววาวมากขนทำาถานชารจใชเปน ตวเรงสำาหรบปฏกรยาบางประเภทใชเปนสารเคลอบผวในอตสาหกรรมเซรามกส7. นำาไปทำาอปกรณไฟฟาเครองครวเครองใชหออาหารหอของใชเปนสวนประกอบ ของเครองบน8. เปนแกสทชวยในการสนดาปมนษยตองหายใจเอาแกสนเขาไปเพอใชในกระบวนการ เผาผลาญสารอาหารตางๆใหเปนพลงงาน10.ทำาแบตเตอรทำาหวกระสนใชหมสายเคเบลสายไฟฟาและสายโทรศพทอปกรณ ปองกนรงสจากเครองเอกซเรย12.ใชทำาเครองมอวทยาศาสตรเชนเทอรมอมเตอรบารอมเตอรเครองมอทใชวดความดน โลหตนำามาผสมกบโลหะเงนเพอทำาวสดอดฟน14.ทำาเครองประดบเปนสวนประกอบของอปกรณการแพทย15.ชวยใหกระดกและฟนแขงแรงใชในอตสาหกรรมถลงโลหะเปนธาตองคประกอบ ในยปซมและหนปนซงใชในการกอสราง16.ใชในอตสาหกรรมปยใชทำาไมขดไฟธปประทด18.ใชผสมในยาสฟนเพอปองกนฟนผใชทำาเทฟลอนซงเปนพลาสตกสำาหรบเคลอบกระทะ19.ใชทำาสบปยดนประสวหรอดนปน22.นำามาเคลอบโลหะเชนเคลอบผวกระปองเหลกสำาหรบบรรจอาหารและเครองดมใช สำาหรบเปนฟวสตดวงจรไฟฟาใชเปนขวไฟฟาในงานชบโลหะดวยไฟฟา



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

แนวนอน 2. ใชในอตสาหกรรมฟอกสกระดาษใชฆาเชอโรคในนำาประปาและสระวายนำา5. ใชในกระบวนการวลคาไนเซชนซงเปนการปรบปรงคณภาพของยางเปนสวนผสมของ ไมขดไฟดนปนและดอกไมไฟ6. เปนธาตองคประกอบของสงมชวตเปนองคประกอบสำาคญของเชอเพลงซากดกดำาบรรพ นยมนำามาทำาเปนถานไสดนสอทำาเครองประดบ9. ทำาเปนเครองประดบทครอบฟนเชอมฟนใชในอปกรณอเลกทรอนกสนำามาใชเปนชด นกบนอวกาศและแคปซลเพอปองกนไมใหนกบนอวกาศกระทบกบรงสในอวกาศท มพลงงานสง11.ใชในอตสาหกรรมเหลกกลาทำาถานไฟฉายทำาสใชทำานำายาเคมและเคมภณฑทำาปย13.ใชเตมในลมยางของรถยนตบางรนสารประกอบของธาตนใชบรรจในถงลมนรภย ใชในอตสาหกรรมปยถามสถานะของเหลวจะนำามาใชในงานเชอมทอทองแดงเพอปองกน การเกดปฏกรยากบแกสออกซเจนในอากาศ14.เปนตวกลางในการแลกเปลยนความรอนเปนสารหลอเยนในปฏกรณนวเคลยรนำาไป ทำาเปนหลอดไฟเพอใหแสงสวางตามทองถนน17.นำามาใชเปนวสดทนความรอนในเตาเผาวสดใชในเครองบนจรวดโลหะผสมของธาต นนำามาทำาลอแมก20.นำาไปใชบรรจในบอลลนและเรอเหาะนำาไปผสมกบออกซเจนเพอใชเปนอากาศสำาหรบ หายใจของนกประดานำา21.นำาไปทำาเปนสารกงตวนำาทำาเซลลสรยะนำาไปผลตซลโคนนำามาผสมกบอะลมเนยม เพอหลอทำาชนสวนรถยนต23.นำาไปละลายในเอทานอลเพอทำาเปนยาทาฆาเชอโรคบางไอโซโทปของธาตนนำามาใช ในการตดตามการทำางานของไทรอยด24.ใชเปนสารเรงปฏกรยาในการผลตยางรถยนตทำาเปนขวไฟฟาของถานไฟฉาย25.ใชเปนตวทำาละลายใชในการดบเพลงใชในอตสาหกรรมยอมและฟอกส



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จากกจกรรม 2.6 นกเรยนไดเรยนรเกยวกบการนำาธาตไปใชประโยชน ซงประโยชนของธาตตาง ๆ ในกจกรรมนเปนเพยงตวอยางเทานน ถานกเรยนไปสบคนเพมเตมจะพบวาธาตเหลานยงนำาไปใชประโยชนอยางอนไดอกมาก นอกจากธาตในกจกรรม 2.6 แลวยงมธาตอน ๆ อกมากทสามารถนำาไปใชประโยชนในดานตางๆอยางไรกตามการนำาธาตมาประยกตใชนอกจากจะกอใหเกดประโยชนแลวยงอาจเกดผลเสยสงผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอมได

2.7.2 ผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอม จากความรเดมนกเรยนคงทราบมาแลววา ธาตบางชนดสงผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอมเชน ตะกวไดถกใชในอตสาหกรรมการผลตแบตเตอร โลหะบดกรอเลกทรอนกส อตสาหกรรมส หรอใชเคลอบภาชนะการปนเปอนของตะกวทงในดนนำาและอากาศ ลวนสงผลกระทบตอสงมชวต เชนถาตะกวปนเปอนในนำา อาจสงผลตอระบบการเจรญพนธ ระบบโลหตและระบบประสาทของสตวในแหลงนำานนมนษยสามารถนำาตะกวเขาสรางกายได3ทางคอการบรโภคการหายใจและทางผวหนงเมอตะกวเขาไปสะสมในรางกายจะทำาใหมอาการออนเพลย ปวดทอง ทองอด เบออาหาร ปวดกลามเนอ ปวดกระดกและขอ ความดนโลหตสง โลหตจาง ความจำาเสอม ภมตานทานลดลง และขดขวางการทำางานของเอนไซมในรางกาย มนษยนำาแคดเมยมมาใชในอตสาหกรรมผลตอปกรณไฟฟา โลหะผสม แบตเตอร อะไหลรถยนต การชบโลหะ แคดเมยมทปนเปอนในนำา อากาศ อาหาร พชผลทางการเกษตร เชนในใบยาสบเมอเขาสรางกายจะสงผลใหไตทำางานผดปกต เกดโรคความดนโลหตสง ปวดกระดกสนหลงทำาใหกระดกผหรอเปนโรคมะเรงได ในอดตเคยมการนำาแกสไฮโดรเจนมาบรรจในลกโปงสวรรคหรอเรอเหาะซงการกระทำาดงกลาวนสงผลใหเกดอบตเหตมผไดรบบาดเจบสาหสหลายคน ทเปนเชนนเพราะแกสไฮโดรเจนเปนแกสทตดไฟไดซงเมอไดรบประกายไฟจงเกดระเบดเปนเพลงลกไหมได ตวอยางอบตเหต เชน ขาวเพลงไหมเรอเหาะไฮเดนเบรกของเยอรมนในวนงดสบบหรโลก ขาวไฟไหมในงานชกมวยทประเทศไทยเนองจากการนำาลกโปงสวรรคหลายรอยลกมาประดบจากตวอยางทกลาวมาแสดงใหเหนวาการนำาธาตมาใช ลวนสงผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอม ธาตบางชนดแมไมไดมสมบตเปนพษรายแรงแตการนำามาใชไมถกวธกสงผลใหเกดความเสยหายตอชวตและทรพยสนไดเชนกน



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย


กจกรรม 2.7 ประโยชนและผลกระทบของการใชธาต


1.สบคนขอมลการนำาธาตไปใชประโยชนรวมทงผลกระทบทมตอสงมชวตและสงแวดลอม

2.นำาเสนอขอมลการสบคนโดยวธการสรางสรรคและนาสนใจ

1.สบคนขอมลการนำาธาตไปใชประโยชนรวมทงผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอม

โดยแตละกลมใหสบคนอยางนอย5ธาตและไมควรซำากบกลมอน

2.นำาเสนอขอมลการสบคนโดยวธการสรางสรรคและนาสนใจเชนการแสดงละคร


จากสถานการณดงรปจงตอบคำาถามตอไปน

1.แตละโรงงานใชประโยชนจากธาตหรอสารประกอบของธาตประเภทใด2.หมบานก–จมแนวโนมในการไดรบผลกระทบจากโรงงานอตสาหกรรมตางๆอยางไร



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สรปเนอหาภายในบทเรยน

นกวทยาศาสตรศกษาโครงสรางของอะตอมดวยการศกษาขอมลและทำาการทดลองจนสามารถเสนอแบบจำาลองอะตอมแบบตางๆตามขอมลทคนพบมากขนแบบจำาลองอะตอมมววฒนาการโดยเรมจากดอลตนเสนอวาธาตประกอบดวยอะตอมซงเปนอนภาคขนาดเลกไมสามารถแบงแยกได ตอมาทอมสนเสนอวา อะตอมเปนทรงกลมทเปนประจบวกและมอเลกตรอนกระจายอยทวไป รทเทอรฟอรดเสนอวา อะตอมประกอบดวยนวเคลยส ทมขนาดเลกมากอยตรงกลาง โดยมอเลกตรอนวงอยรอบ ๆ โบรเสนอวา อเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสเปนวงและแตละวงมระดบพลงงานเฉพาะตว ตอมานกวทยาศาสตรไดศกษาคนควาเพมเตมและเสนอแบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอกซงแสดงโอกาสการพบอเลกตรอนรอบนวเคลยส จากการศกษาโครงสรางอะตอมทำาใหทราบวาโปรตอน อเลกตรอน และนวตรอนเปนอนภาคในอะตอม โดยนวตรอนอยรวมกบโปรตอนในนวเคลยส (ยกเวนอะตอมไฮโดรเจนทไมมนวตรอน) จำานวนอนภาคในอะตอมสามารถเขยนแสดงไดดวยสญลกษณนวเคลยรซงประกอบดวยสญลกษณธาต จำานวนโปรตอนในอะตอมธาตทเรยกวาเลขอะตอม และผลรวมของจำานวนโปรตอนและนวตรอนในอะตอมธาตทเรยกวาเลขมวล โดยธาตตางชนดกนมเลขอะตอมตางกนสวนธาตชนดเดยวกนทเลขมวลไมเทากนเรยกวาไอโซโทปอเลกตรอนในอะตอมจะจดเรยงอยรอบๆ นวเคลยสในระดบพลงงานหลกตางๆและแตละระดบพลงงานหลกยงแบงเปนระดบพลงงานยอยแตกตางกนบรเวณทมโอกาสพบอเลกตรอนเรยกวา ออรบทลแตละออรบทลบรรจอเลกตรอนไดสงสด2อเลกตรอนในสถานะพนอเลกตรอนจะจดเรยงอยในออรบลทมระดบพลงงานตำาทสด สมบตของธาตทมทงคลายกนและแตกตางกนสามารถนำามาใชจำาแนกธาตเปนกลมจนเกดเปนตารางธาตในปจจบนซงจดเรยงธาตตามเลขอะตอมและสมบตทคลายคลงกนเปนหมและคาบ ธาตในตารางธาตอาจแบงเปนกลมธาตโลหะ กงโลหะ และอโลหะหรอธาตหมหลก และกลมธาตแทรนซชน ธาตหมหลกหรอธาตเรพรเซนเททฟหรอในหมเดยวกนมจำานวนเวเลนซอเลกตรอนเทากน และธาตทอยในคาบเดยวกนมเวเลนซอเลกตรอนในระดบพลงงานหลกเดยวกน ธาตหมหลกมสมบตทางเคมคลายกนตามหมและมแนวโนมสมบตบางประการเปนไปตามหมและตามคาบ เชน ขนาดอะตอม รศมไอออนพลงงานไอออไนเซชนอเลกโทรเนกาตวตสมพรรคภาพอเลกตรอนธาตแทรนซชนเปนโลหะทสวนใหญมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 มขนาดอะตอมใกลเคยงกน และม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

จดเดอด จดหลอมเหลว และความหนาแนนสง เกดปฏกรยากบนำาไดชากวาธาตโลหะในกลมธาตหมหลกและเมอเกดเปนสารประกอบสวนใหญจะมส ธาตในธรรมชาตบางธาตมไอโซโทปทแผรงสไดเรยกวา ไอโซโทปกมมนตรงสหรอสารกมมนตรงสสวนธาตกมมนตรงสคอธาตททกไอโซโทปสามารถแผรงสไดโดยการสลายตวสามารถทำาใหเกดอนภาคหรอรงส เชน แอลฟา บตา แกมมา ระยะเวลาทนวเคลยสของไอโซโทปกมมนตรงสสลายตวจนเหลอครงหนงของปรมาณเดม เรยกวา ครงชวต ซงเปนสมบตเฉพาะตวของแตละไอโซโทปกมมนตรงสทไมขนกบปรมาณตงตนของไอโซโทปกมมนตรงส ไอโซโทปกมมนตรงสสามารถนำามาใชประโยชนไดหลายประการ เชน หาอายของวตถโบราณใชในทางการแพทยการเกษตร ธาตในธรรมชาตสามารถนำาไปใชประโยชนไดการใชประโยชนจากธาตควรคำานงถงผลกระทบตอสงมชวตและสงแวดลอม ซงการทราบแนวโนมสมบตของธาตเปนพนฐานสำาคญทนำาไปสการเลอกธาตไปใชประโยชนไดอยางเหมาะสม



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

แบบฝกหดทายบท

1. วาดรปพรอมอธบายแบบจำาลองตอไปน 1.1แบบจำาลองอะตอมของดอลตน 1.2แบบจำาลองอะตอมของทอมสน 1.3แบบจำาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด 1.4แบบจำาลองอะตอมของโบร 1.5แบบจำาลองอะตอมแบบกลมหมอก

2.คลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลน300นาโนเมตรจะปรากฏในชวงคลนของแสงท มองเหนไดหรอไมมความถและพลงงานเทาใด

3.กำาหนดขอมลเสนสเปกตรมเปนดงน

A B C D

λนอยλมาก

จากขอมลการคายพลงงานของอเลกตรอนทกำาหนดจงระบวาสเปกตรมเสนใดคอสเปกตรมABCและDตามลำาดบ

เสนท1 เสนท2 เสนท3 เสนท4



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

4. พจารณาสญลกษณนวเคลยรของธาตสมมตตอไปน

และ

4.1ธาตใดเปนไอโซโทปกน 4.2ธาตใดมจำานวนนวตรอนเทากน

5. ไอโซโทปของธาตชนดหนงมประจในนวเคลยสเปน3เทาของประจในนวเคลยสของ ไฮโดรเจนและมเลขมวลเปน7เทาของเลขมวลไฮโดรเจนจงระบจำานวนโปรตอนนวตรอน และอเลกตรอนของไอโซโทปของธาตน

¹²A ¹³B ¹⁴C ¹⁴D₆ ₆ ₆ ₇ ¹⁶E₈

6. AและBเปนไอโซโทปซงกนและกนถาAมนวตรอน=aBมจำานวนนวตรอน=b และมเลขมวล=cธาตAจะมเลขมวลเทาใด

7. เลขอะตอมของMg=12Cl=17Ar=18K=19Ni=28จงเขยนการจดเรยง อเลกตรอนในระดบพลงงานยอยของKArMg2+Cl-NiและNi+

8. กำาหนดธาต5ธาตซงมเลขอะตอมเทากบ12202330และ36 8.1มธาตแทรนซซนทงหมดกธาต 8.2ธาตทมเลขอะตอมเทาใดจดอยในกลมของแกสมสกล

9 จากการทดลองของมลลแกนถาพบวาหยดนำามนทลอยนงหยดหนงมคาประจเทากบ 4.8×10-¹⁹คลอมบหยดนำามนนมอเลกตรอนเกาะอยจำานวนเทาใด



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

10.กำาหนดใหพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท1–4ของธาตABCและDเปนดงน

10.1ธาตใดมแนวโนมสงสดทจะเกดเปนไอออนซงมประจ+1 10.2ธาตใดนาจะมจำานวนเวเลนซอเลกตรอนเทากน

11.ธาตXและYมเลขอะตอม37และ38ตามลำาดบจงเปรยบเทยบสมบตตอไปนพรอมทงใหเหตผลประกอบ 11.1ขนาดอะตอม 11.2พลงงานไอออไนเซชนลำาดบท1

12.ธาตฮเลยมม2อเลกตรอนและมคาIE1เทากบ2.372เมกะจลตอโมลธาตโพแทสเซยม ม19อเลกตรอนและมคาIE1เทากบ0.419เมกะจลตอโมลเพราะเหตใดIE1ของธาตฮเลยม จงมคาสงกวาโพแทสเซยม

13.แนวโนมของคาIE1ของธาตKRbและCsซงมเลขอะตอม1937และ55ตามลำาดบ ควรเปนอยางไรพรอมอธบายเหตผลประกอบ

14.ABCDEและFเปนธาตสมมตทอยในหมเดยวกนเรยงลำาดบจากบนลงลาง จงทำานายสมบตของธาตดงตอไปน 14.1ธาตใดควรมขนาดอะตอมเลกทสด 14.2ธาตใดควรมอเลกโทรเนกาตวตสงทสด 14.3ธาตEควรมพลงงานไอออไนเซชนลำาดบท1สงหรอตำากวาธาตF

พลงงานไอออไนเซชน (kJ/mol) ลำาดบทธาต

A

B

C

D

500

740

900

580

4600

1500

1800

1800

6900

7700

14800

2700

9500

10500

21000

11600

1 2 3 4



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

15.จงเขยนสมการตอไปนใหสมบรณ

15.1 + ...............................

15.2 + ...............................

15.3 + ...............................

16.ไอโซโทปกมมนตรงสชนดหนงจำานวน20กรมเมอเวลาผานไป2ชวโมงไอโซโทปนน

เหลออย1.25กรมครงชวตของไอโซโทปนมคาเทาใด

17.จากการทดลองพบวาเมอเวลาผานไป120วนจะมซเซยม–137เหลออย300กรม ถาครงชวตของซเซยม–137เทากบ30วนจงหาวาเมอเรมตนมซเซยม–137อยเทาใด

18.จงเขยนสมการแสดงการเปลยนแปลงเมอทอเรยม–232แผรงสแอลฟา

¹³Be ¹²Be

¹¹C ¹¹B

²²⁶Ac ²²⁶Fr

₄ ₄

₆ ₅

₈₉ ₈₇

19.ถาPb–214สลายตวใหรงสตางๆดงแผนภาพ

20.ยกตวอยางประโยชนและโทษของโลหะปรอทมาอยางละ3ตวอยาง

X+β

Y+β

Z+α

ธาตXYและZมสญลกษณนวเคลยรเปนอยางไร

²¹⁴Pb₈₂



สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

สงวนส

ทธโดย

สสวท


แพร ท

าซา

ดดแป

ลง หร

อจาห

นาย

goo.gl/be2m51 î`÷ úÜ à - scimath.org ·...

Documents