Models of the Atom

ดโมครตส

“ เมอยอยสารลงเรอยๆ

จะไดสวนทเลกทสดซงไม

สามารถทาใหเลกลงไดอก

และเรยกอนภาคทเลกทสดน

วา อะตอม ”

จอหน ดอลตน (John Dalton)จอหน ดอลตน (John Dalton)

สารแตละชนดประกอบดวยอนภาคเลกๆ แบงแยกตอไป

อกไมได และไมสามารถสรางขนหรอทาลายใหสญหายไป

เรยกวา อะตอม

John Dalton, 1803

อะตอมของธาตชนดเดยวกน ยอมมสมบต

เหมอน กนทกประการ และมสมบตตางจากอะตอม

ของธาตอน

สารประกอบเกดจากการรวมตวของอะตอมของธาต

ตงแต 2 ชนดขนไปดวยสดสวนทคงทเปนเลขลงตว

นอยๆ

แบบจาลองอะตอมของดอลตนแบบจาลองอะตอมของดอลตน

“ อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม มขนาดเลกมาก

และไมสามารถแบงแยกไดอก ”

ตอมา นกวทยาศาสตรไดทาการทดลองไดขอมลใหมๆ

เกยวกบอะตอมเพมมากขน ซงแบบจาลองอะตอมของดอลตนอธบาย

ไมได เชน

ทาไมอะตอมของธาตมมวลแตกตางกน

ทาไมอะตอมสามารถแบงแยกไดอก

ทาไมธาตจงมความวองไวในการเกดปฏกรยาเคม

ตางกน

ทาไมธาตหนงทาปฏกรยากบธาตอนไมไดทกธาต แต

ทาปฏกรยาไดเฉพาะบางธาต

ทาไมจานวนอะตอมของธาตทใชในการทาปฏกรยาจง

แตกตางกน

อะตอมทาปฏกรยากนอยางไรจงเกดสารประกอบ ม

อะไรยดเหนยวระหวางอะตอมเหลานน

แบบจาลองอะตอมของทอมสน

(J.J Thomson)

หลอดรงสแคโทด (Cathode-ray tube)

ถากาซทอยระหวางขวแคโทด และแอโนดมความดนปกต

กระแสไฟฟาจะไมสามารถไหลผานได

แตถาสบเอาอากาศภายในหลอดออกจนมความดนตาพอ จะ

สามารถตรวจสอบไดวามกระแสไฟฟาไหลครบวงจรหรอ กาซนา

ไฟฟาได

หลอดรงสแคโทด (Cathode-ray tube)

ถาวางฉากเรองแสงทฉาบดวย ZnS ไวในหลอด

ใหขนานไปตามความยาวของหลอด จะสงเกตเหน

รงสชนดหนงพงออกจากขวแคโทดเปนเสนตรงไปยง

ขวแอโนด

เนองจากรงสทเกดขนพงออกจากขวแคโทด จงเรยกรงสน

วา “ รงสแคโทด ”

สมบตของรงสแคโทด

1. สามารถทาใหฉากเรองแสงเกดการเรองแสงได

2. เมอใหรงสแคโทดอยระหวางขวไฟฟา รงสแคโทดจะเบน

เขาหาขวบวก รงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมประจ

ไฟฟาเปนลบ ซงตอมาเรยกวา อเลกตรอน

3. เมอใหรงสแคโทดอยในสนามแมเหลกจะเกดการ

เบยงเบนจากแนวเสนตรง

4. รงสแคโทดเดนทางเปนเสนตรงจากแคโทดไปยงแอโนด

ถามวตถทบแสงมากนทางเดนของรงสจะทาใหเกดเงา

สมบตของรงสแคโทด (ตอ)

5. รงสแคโทดสามารถทาใหกงหนททาดวยวตถทมขนาดเลก

มาก ซงขวางทางเดนของรงสเคลอนทหรอหมนได แสดงวา

สมบตของรงสแคโทด (ตอ)

รงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมมวล

การคนพบอเลกตรอนการคนพบอเลกตรอน

ทอมสนสนใจปรากฎการณทเกดขนในหลอดรงสแคโทด จงได

ดดแปลงหลอดรงสแคโทด ดงน

ใหภายในหลอดมฉากเรองแสง ใหรงสแคโทดผานชอง

เลกๆ เพอใหรงสแคโทดม

ลกษณะเรยว เลกกอนทจะ

ผานสนามไฟฟาและ

สนามแมเหลก

การคนพบอเลกตรอน (ตอ)การคนพบอเลกตรอน (ตอ)

ทอมสนทาการทดลองโดย

นาหลอดรงสแคโทดมาวางไวในสนามแมเหลกและสนามไฟฟา โดยใหทศทางของสนามแมเหลกและ

สนามไฟฟาตงฉากกน

การคนพบอเลกตรอน (ตอ)การคนพบอเลกตรอน (ตอ)

เมอใหรงสแคโทดผานสนามไฟฟา

จะพบวารงสแคโทดจะเบยงเบนขนดานบน

เมอใหรงสแคโทดผานสนามไฟฟา

เมอใสสนามแมเหลกเขาไปและเพมอานาจสนามแมเหลกขนทละนอย

พบวารงสแคโทดจะมการ

เบยงเบนนอยลง และจะกลบส

ตาแหนงเดมของตอนทไมม

สนามไฟฟา (คอตาแหนง Q)

การคนพบอเลกตรอน (ตอ)การคนพบอเลกตรอน (ตอ)

ขณะทรงสแคโทดกลบมาสตาแหนงเดม แสดงวาความแรงของ

สนามไฟฟาเทากบความแรงของสนามแมเหลก

ทาใหทอมสนสามารถคานวณหา

การคนพบอเลกตรอน (ตอ)การคนพบอเลกตรอน (ตอ)

คาอตราสวนประจตอมวล (e/m) ของอนภาคไฟฟาในรงสแคโทด

e/m = 1.76 x 108 คลอมบตอกรม

e คอ ประจอนภาค, m คอ มวลของอนภาค

การคนพบอเลกตรอน (ตอ)การคนพบอเลกตรอน (ตอ)

เมอทอมสนลองเปลยนชนดของกาซภายในหลอด หรอชนด

ของโลหะทใชทาขวแคโทด กยงพบวารงสแคโทดมสมบตเหมอน

เดม และมคา e/m คงทเทากบ 1.76 x 108 คลอมบ/กรม เสมอ

“ อนภาคทมประจไฟฟาลบ เปนองคประกอบของอะตอม

ทกชนด และเรยกชออนภาคนวา อเลกตรอน (Electron) ”

การคนพบโปรตอนการคนพบโปรตอน

ออยเกน โกลดสไตน (Eugen Goldstein) ไดดดแปลง

หลอดรงสแคโทดใหม โดยใหขวแคโทดอยเกอบตรงกลางและ

เจาะรขวแคโทด ดงรป

จะสงเกตเหนรงส

ดานหลงขวแคโทด

การคนพบโปรตอน (ตอ)การคนพบโปรตอน (ตอ)

รงสนเคลอนทเปนเสนตรง และมสมบตตรงขามกบรงสแคโทด

เบยงเบนในสนามแมเหลกในทศทางตรงขามกบรงสแคโทด

ในสนามไฟฟารงสนเบยงเบนเขาหาขวลบ

การคนพบโปรตอน (ตอ)การคนพบโปรตอน (ตอ)

จากขอมลทไดทาใหสรปไดวา รงสทพบนประกอบดวย

อนภาคทมประจไฟฟาบวก และเรยกรงสนวา

รงสบวก (Positive ray) หรอ รงสแคแนล (Cannal ray)

อนภาคทมประจไฟฟาบวกนเกดจาก อะตอมของกาซถกชน

ดวยอนภาคอเลกตรอนทพงมาจากแคโทด

ทาใหอเลกตรอนของกาซหลดออกไป เกดอนภาคทมประจ

ไฟฟาบวก อนภาคนจงเคลอนทเขาหาขวแคโทดดงกลาว

การคนพบโปรตอน (ตอ)การคนพบโปรตอน (ตอ)

เมอเปลยนชนดของกาซ อนภาคทมประจไฟฟาบวกจะ

มคาประจตอมวล (e/m) ไมคงท ขนอยกบชนดของกาซ

โกลดสไตนยงพบอกวา

เมอใชกาซไฮโดรเจน จะไดอนภาคบวกทมประจเทากบประจ

ของอเลกตรอนและมคาประจตอมวล (e/m) สงสด เทากบ

9.58 x 104 c/gหรอมวลของอนภาคบวกทเกดจากไฮโดรเจนมคา

ตาสด เรยกอนภาคบวกทเกดจากกาซไฮโดรเจนวา โปรตอน

(Proton)

การคนพบโปรตอน (ตอ)การคนพบโปรตอน (ตอ)

“ อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยโปรตอนซงม

ประจบวกและอเลกตรอนซงมประจลบ กระจายอยทวไป

อยางสมาเสมอ และในอะตอมทเปนกลางทางไฟฟาจะม

จานวนโปรตอนเทากบจานวนอเลกตรอน ”

แบบจาลองอะตอมของทอมสน (J.J Thomson)แบบจาลองอะตอมของทอมสน (J.J Thomson)

แตแบบจาลองอะตอมของทอมสนนยงไมสามารถอธบายขอ

สงสยบางอยางและคณสมบตอนๆของอะตอมได ตวอยางเชน

ประจไฟฟาบวก อยกนไดอยางไรในอะตอม

สเปกตรมทแผออกมาจากธาต

จงมนกวทยาศาสตรรนตอมาคนควาและทดลองเพอหา

ขอเทจจรงตอมา และปจจบนกไดทราบวาแบบจาลองนไม

ถกตอง

แบบจาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

รทเทอรฟอรดไดใชอนภาคแอลฟายงไป

ยงแผนโลหะทองคาบางๆ และใชฉากเรอง

แสงซงฉาบไวดวย ZnS เปนฉากรบ

Ernest Rutherford, 1911

การทดลองของรทเทอรฟอรด

รทเทอรฟอรดไดอธบายผลการทดลอง ดงน

1. การทอนภาคแอลฟาสวนใหญวงผานอะตอมของแผน

ทองคาเปนแนวเสนตรง แสดงวาอะตอมไมใชของแขงทบตน

แตมทวางอยมาก

2. อนภาคแอลฟาบางอนภาคทเบนออกจากทางเดม เพราะ

ภายในอะตอมมอนภาคทมมวลมากและมประจไฟฟาบวกสงม

ขนาดเลก ดงนนเมออนภาคแอลฟาเขาใกลจะถกผลกใหเบน

ออกจากทางเดม หรอเมออนภาคแอลฟาเขามากระทบอยางจง

กจะสะทอนกลบ

แบบจาลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

อะตอมประกอบดวยโปรตอนซงรวมกนเปนนวเคลยสอย

ตรงกลาง นวเคลยสมขนาดเลกมาก แตมมวลมากและมประจ

บวก สวนอเลกตรอนซงมประจลบและมมวลนอยมากวงอย

รอบๆ นวเคลยสเปนบรเวณกวาง

3. ประจบวกทรวมกนอยในนวเคลยส จะอยกนไดอยางไร ทงๆทเกด

แรงผลก

1. อเลกตรอนทเคลอนทโดยมความเรงจะแผคลนแมเหลกไฟฟา

ออกมา ทาใหพลงงานจลนลดลง ทาไมอเลกตรอนวงวนรอบนวเคลยส

ตามแบบจาลองของรทเธอรฟอรด จงไมสญเสยพลงงาน และไปรวมอยท

นวเคลยส

2. อะตอมทมอเลกตรอนมากกวาหนงตว เมอวงวนรอบนวเคลยสจะ

จดการเรยงตวอยางไร

แตแบบจาลองนยงมขอกงขาทยงไมสามารถหาคาตอบไดคอ

การคนพบนวตรอน

ป 1930 โบเทและเบคเกอร ไดทดลองใชอนภาคแอลฟายง

โลหะเบรลเลยม พบวาเกดรงสชนดหนงทมอานาจผานทะลได

ด และเมอชนกบโมเลกลของพาราฟนจะไดโปรตอนออกมา

ป 1932 เจมส แซดวก ไดเสนอวารงสทไปชนพาราฟน

จนไดโปรตอนนนจะตองประกอบดวยอนภาค และใหชอวา

นวตรอน (Neutron)

จากการคนพบนวตรอนของแซดวก ทาใหทราบวา

อะตอมประกอบดวยอนภาค 3 ชนด คอ โปรตอน นวตรอน

และอเลกตรอน อนภาคทงสามนถอวาเปน อนภาคมลฐาน

ของอะตอม

“ อะตอมมลกษณะเปนทรงกลมประกอบดวยโปรตอน

และนวตรอนรวมตวกนเปนนวเคลยสอยตรงกลาง และม

อเลกตรอนซงมจานวนเทากบโปรตอนวงอยรอบๆ ”

P n

การคนพบนวตรอน (ตอ)

แบบจาลองอะตอมของโบร

ในป 1913 นล โบร (Niels Bohr) ไดนาทฤษฎกลศาสตร

ควอนตมมาประยกตใชในการทดลอง เพอพฒนาแบบจาลอง

อะตอม

Niels Bohr, 1913

แบบจาลองอะตอมของโบร

เรยกวงโคจรของอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสทสด และม

พลงงานตาสดวา ชน K และวงโคจรทถดออกมาซงมระดบ

พลงงานสงขนวาชน L, M, N, O … ตามลาดบ

แบบจาลองอะตอมของโบร

ในปจจบนเรยกวาระดบพลงงาน n = 1, n = 2, n = 3… ตามลาดบ

7.3

สเปกตรมการปลอยแสงของอะตอมไฮโดรเจน

แบบจาลองอะตอมแบบกลมหมอก

เนองจากแบบจาลองของโบรไมสามารถอธบายเสนสเปกตรมของอะตอมทมหลายอเลกตรอนได

จากการศกษาของนกวทยาศาสตรไดขอมลเพมเตมทเชอถอไดวาอเลกตรอนไมไดเคลอนทเปนวงดงทโบรเสนอ

แบบจาลองอะตอมแบบกลมหมอก

1. การเคลอนทของอเลกตรอนไมมทศทางแนนอน และไม

สามารถบอกตาแหนงทแนนอนของอเลกตรอนได บอกไดเพยง

โอกาสทจะพบอเลกตรอน ณ ตาแหนงตาง ๆ เทานน

2. โอกาสทจะพบอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานไม

เหมอนกน ขนกบจานวนอเลกตรอนและระดบพลงงานของ

อเลกตรอนนน

3. อเลกตรอนแตละตวไมไดอยในระดบพลงงานในพลงงาน

หนงคงท แตเปลยนระดบพลงงานตลอดเวลา

แบบจาลองอะตอมแบบกลมหมอก

“ อะตอมประกอบดวยนวเคลยส และรอบๆ นวเคลยสม

กลมหมอกของอเลกตรอนรปทรงตางๆ ตามระดบพลงงาน

ของอเลกตรอนหอหมอย บรเวณกลมหมอกทบมโอกาสทจะ

พบอเลกตรอนมากกวาบรเวณทกลมหมอกจาง ”

P n

สมบตของอนภาคมลฐานบางชนดของอะตอม

อนภาค สญลกษณ ชนดของ

ประจ

ประจ

(คลอมบ)

มวล

amu กรม

อเลกตรอน

โปรตอน

นวตรอน

e

p

n

-1

+1

0

1.602 x 10-19

1.602 x 10-19

0

0.000548

1.0073

1.0087

9.1 x 10-28

1.673x10-24

1.675x10-24

1 amu = 1.66 x 10-24 g

เลขอะตอม (Atomic number)

หมายถง จานวนโปรตอนทอยภายในนวเคลยส แต

เนองจากในอะตอมทเปนกลาง จานวนโปรตอนเทากบ

จานวนอเลกตรอน ดงนนเลขอะตอมจงอาจหมายถง

จานวนอเลกตรอนกได

ใชสญลกษณ Z แทน

เลขมวล (Mass number)

หมายถง ผลบวกของจานวนโปรตอน

กบนวตรอนภายในนวเคลยสใชสญลกษณ A

แทน

สญลกษณนวเคลยรบอกจานวนอนภาคมลฐานของอะตอม

มหลกการเขยนดงน

ให X เปนสญลกษณของธาต

AZX

เลขมวล

เลขอะตอม

เชน 199F

ไอโซโทป (Isotope)

คอ อะตอมของธาตชนดเดยวกน มเลขอะตอม

เทากนแตมเลขมวลตางกน หรอมจานวนโปรตอนและ

อเลกตรอนเทากนแตมจานวนนวตรอนตางกน

ธาตไฮโดรเจนม 3 ไอโซโทป

11H โปรเทยม 2

1H ดวทเรยม 31H ทรเทยม

เชน 168O, 17

8O, 188O

ประโยชนของไอโซโทป

14C ใชคานวณหาอายของวตถโบราณหรออายของ

ซากดกดาบรรพ -ดกลไกการเกดปฏกรยา

2612614

2214 6OOHC O6HCO6

Na-24 (คายรงส เบตา) ฉดเขาไปในเสนเลอด ทดสอบการอด

ตนของเสนเลอด

(ตดตามการไหลเวยนของเกลอในกระแสเลอด)

I-131 (คายรงส เบตา) ทดสอบการทางานของตอม

ไทรอยด

(ตดตามการดดซบของ 131I ในตอมไทรอยด)Co-60 (คายรงส β และ γ) ใชในการถนอมอาหารและใชในการรกษาโดยการทาลายเซลลมะเรงในรางกาย

ไอโซบาร (Isobar) คอ อะตอมของธาตตางชนดกนทม

เลขมวลเทากนแตมเลขอะตอมไมเทากน เชน 146

147 14

6C และ 147N เปนไอโซบารกน

3919

4020

ไอโซโทน (Isotone) คอ อะตอมของธาตตางชนด

กนแตมจานวนนวตรอนเทากน เชน

3919

4020

3919K และ 40

20Ca เปนไอโซโทนกน เพราะตางกมจานวนนวตรอนเทากบ 20

การจดเรยงอเลกตรอน

พลงงานไอออไนเซชน (IE)

พลงงานจานวนนอยทสดททาใหอเลกตรอน

หลดออกจากอะตอมของธาตในสถานะกาซ

Na (g) ------> Na+ (g) + e- , IE1 = 502 kJ/mol

Na+ (g) ------> Na2+ (g) + e- , IE2 = 4569 kJ/mol

Na2+ (g) ------> Na3+ (g) + e- , IE3 = 6919 kJ/mol

Na+ (g) ------> Na2+ (g) + e- , IE4 = 6919 kJ/mol

HOME