Transcript 2. Bohr Theory of the atom

8. Bohr Theory of the Atom :
+
เพือ่ เป็ นการอธิบายว่ าทาไมอิเล็กตรอน จึงไม่ ถูกดูด
ยุบรวมกับนิวเคลียส ในปี 1913 Bohr ได้ เสนอ
ว่ า
อิเล็กตรอนของไฮโดรเจนโคจรล้อมรอบ
นิวเคลียสเป็ นวงกลมและ ตราบที่อเิ ล็กตรอนยังคง
โคจรรอบนิวเคลียส เป็ นวงกลมอิเล็กตรอนจะไม่ มี
การสู ญเสี ย
หรือรับพลังงานเลย
ถ้ าผ่ านแสงขาว (White light) ไปยังปริซึม
พบว่ า
เกิดสเปกตรัมของแสงสี แดงไปถึง
แสงสี ม่วง เรียก Continuous spectrum
แสดงว่ า สเปกตรัมประกอบด้ วยวามยาวคลืน่
และทุกพลังงานของ v i s i b l e l i g h t
เมือ่ อะตอมถูกเร้ า
(ได้ รับพลังงาน)
อะตอมจะคายพลังงานออกมาเป็ นเส้ น เรียกว่ า
Line spectrum แต่ ละเส้ นสอดคล้ องกับความ
ยาวคลืน่ ทีแ่ น่ นอนของแสง (A DEFINITE
W A V E L E N G T H O F L I G H T. )
ในสมัยก่อน สั งเกตุเห็นว่ าธาตุแต่ ละธาตุ มี
emission line spectrum เป็ นเอกลักษณ์ เฉพาะตัว เช่ น
Na ประกอบด้ วยเส้ นสี เหลืองบนพืน้ สี ดา ใช้ เป็ น
characteristic test สาหรับ Na
สาหรับไฮโดรเจนจะสั งเกตุเห็นอนุกรมของเส้ น
สเปกตรัมที่มีความยาวคลืน่ เฉพาะและแน่ นอน
หลายอนุกรม คือ
1 เริ่มจาก 82,259 ฎ 109,678 cm-1
เรียก
Lyman series อยู่ในช่ วง UV min = 2, 3 … ต
ฎ nf = 1
-1
2 เริ่มจาก 15,233 ฎ 27,420 cm เรียก
Balmer series near IR, min = 3, 4 … ต
ฎ nf = 2
-1
3 เริ่มจาก 5,233 ฎ 12,186 cm เรียก
Paschen series near IR, min = 4, 5 … ต
4 min = 5, 6 … ต ฎ nf = 4
เรียก Brackett series
5 min = 6, 7 … ต ฎ nf = 5
เรียก Pfund series กรณี nf ณ 6, 7 ขึน้ ไป
ความถีต่ ่ามากไม่ สามารถมองเห็นเป็ น
ลักษณะคลืน่ ได้
The Line Spectrum of
Hydrogen
Lines in the
Lines in the Lines in the
Infra-Red region Visible region Ultra-Violet region
Paschen
Balmer
Lyman
series
series
series
Bohr ได้ อธิบายการเกิดสเปกตรัมของ H ดังนี้ :
n=1
Energy
Level
+
สภาวะที่อเิ ล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสที่ระดับ
พลังงานตา่ สุ ด คือ n = 1 เรียกว่ า Ground
S
t
a
t
e
This is the
excited state
n=1
….!!!
n=2
Excited State :
n=2
เมือ่ อะตอมดูดกลืนพลังงานทีเ่ หมาะสมจานวนหนึ่ง
อิเล็กตรอนจะถูกเร้ า(กระตุ้น)
จากสภาวะพืน้ ไปยัง
สภาวะกระตุ้น (excited state) ซึ่งมีพลังงานสู ง
ขึน้ เช่ น n = 2
Ground State : n = 1
n=2
n=1
+
Excited State : n = 2
Energy = hf
อิเล็กตรอนจะอยู่ทสี่ ภาวะนีใ้ นช่ วงเวลาแค่ เสี้ยว
วินาทีเท่ านั้นเนื่องจากไม่ เสถียร จะเคลือ่ นย้ ายกลับ
มาที่สภาวะเดิม คือ n = 1 พร้ อมกับคายพลังงาน
ส่ วนเกินออกมาในรู ปของแสง E = hf
A unit of light is called
a PHOTON of energy.
เมื่ออิเล็กตรอนเคลือ่ นย้ ายกลับมาที่ระดับ
พลังงานต่าลง จะคายพลังงานออกมาเท่ ากับผลต่ าง
ของระดับพลังงานทั้งคู่ (DE) เป็ นหน่ วยของแสง (a
unit of light) หรือเป็ นรู ปอืน่ ของรังสี แม่ เหล็กไฟฟ้า
หน่ วยของแสงนี้
เรียกว่ า โฟตอนของพลังงาน
หลักการทีพ่ ลังงานถูกดูดกลืนหรือคายออกมาใน
ปริมาณที่แน่ นอนเป็ นช่ วงๆ เรียกว่ า Quantisation
Quantisation :
หมายความว่ า พลังงานของอิเล็กตรอน
ไม่ ได้ มที ุกค่ า แต่ เป็ นค่ าเฉพาะทีแ่ น่ นอนและ
มีค่าเป็ นช่ วงๆ เท่ านั้น
พลังงานที่คายออกมา มีความยาวคลืน่ เฉพาะ
เจาะจงสอดคล้องกับความแตกต่ างของระดับ
พลังงานทั้งสอง
E2 : EXCITED STATE
Energy
Photon of Light
Energy Difference
= E2 - E1
E1 : GROUND STATE
สู ตรของความแตกต่ างของพลังงาน คือ
E
E
h
f
=
=
=
=
hf
Joules
Joule seconds
-1
ความถี่ (Hertz หรือ Second )
Bohr ได้ คานวณ และ derived สมการหาพลังงาน
ของอิเล็กตรอนในวงโคจร :
2
-R/n
E =
R = Rydberg constant
n = เลขควอนตัมหลัก
2
2  me e
RH 
3
ch
= 109,677.58
4
-1
cm
Let’s now consider these two separate equations:
E2 =
2
R/n1
2
-R/n2
E1 = -
E2-E1 = -R/n22-(-R/n12)
2
2
= R(1/ n1 -1 /n2 )
= hf
สรุป : ธาตุแต่ ละธาตุจะมี line emission spectrum
ที่ไม่ เหมือนกันเลย
เป็ นเอกลักษณ์ ประจา
ตัวของแต่ ละธาตุและสเปกตรัม ประกอบ
ด้ วยเส้ นสเปกตรัมหลายอนุกรม
: การเกิดอนุกรมของเส้ นสเปกตรัม เนื่องจาก
มีการเคลือ่ นย้ ายของอิเล็กตรอน จากระดับ
พลังงานสู งๆ ทั้งหมด ลงมาทีร่ ะดับพลัง
งานต่ างๆ ซึ่งมีพลังงานต่ากว่ า
n = Infinity
n=4
n=3
n=1
Great..the
Lyman Series is
caised by
electron
transitions to the
n = 1 level,from
ALL energy
levels above it.
Lyman Series
(UV Region)
n = Infinity
n=4
n=3
n=1
Paschen Series
(IR Region)
Great..the
PASCHEN
SERIES is
caised by electron
transitions to the
n = 3 level,from
ALL energy
levels above it.
n = Infinity
n=4
n=3
n=1
Balmer Series
(Visible Region)
Great..the
BALMER
SERTES is
caised by electron
transitions to the
n = 2 level, from
ALL energy
levels above it.
ระดับพลังงานทีเ่ ป็ นไปได้ ของทุกอิเล็กตรอนใน
อะตอมต่ างๆ บ่ งได้ และคานวณได้ ด้วยสมการทาง
คณิตศาสตร์ และถ้ าพลังงานมีได้ เฉพาะค่ าที่แน่ นอน
เป็ นช่ วงๆ เท่ านั้น แสดงว่ าเราสามารถอธิบายพลังงาน
ในเทอมของตัวเลขได้
ตัวเลขนีเ้ รียกว่ า เลขควอนตัม (quantum numbers)
และ n เรียกว่ า เลขควอนตัมหลัก (The principal
quantum number)
ค่ าของ n = 1,2,3… ซึ่งบ่ งถึงขนาดและพลังงาน
ของออร์ บิทัล และบ่ งบอกถึงสมบัติและพลังงาน
ของ -e
สรุปเกีย่ วกับทฤษฎีของบอร์
Summary of the Bohr Theory
สมมุตฐิ าน 2 ข้ อ ของ บอร์ สรุปได้ ดงั นี้
1. ตราบใดที่อเิ ล็กตรอนโคจรล้อมรอบนิวเคลียส
อยู่ได้ ทรี่ ะดับพลังงานหนึ่ง
อิเล็กตรอนจะไม่ มี
การคายหรือดูดกลืนพลังงาน (เป็ นแนวคิดเกีย่ ว
กับ Quantisation)
2. จะมีการเปลีย่ นแปลงพลังงานเกิดขึน้ ในรู ปของ
การคายหรือดูดกลืนแสง ต่ อเมือ่ อิเล็กตรอนย้ าย
ระดับพลังงานจากระดับหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง
E2 - E1 = hf
ทฤษฎีของบอร์ จะสามารถอธิบายคาถาม
2 ประการ ได้ คอื
1. ทาไมอิเล็กตรอนจึงไม่ ถูกยุบรวมกับนิวเคลียส
2. ต้ นกาเนิดของเส้ นสเปกตรัม
แต่ ไม่ สามารถอธิบายได้ ว่า
1. ทาไมอิเล็กตรอนมีระดับพลังงานที่แน่ นอน
ทาไม Quantisation ….???
2. แบบจาลองอะตอมนีป้ ระยุกต์ ใช้ ได้ ดกี บั
อะตอมไฮโดรเจนเท่ านั้น (เมือ่ ใช้ กบั ธาตุ
อืน่ เช่ น Li และ Na ผลการคานวณที่ได้
ไม่ ถูกต้ อง)
ดังนั้นจาเป็ นต้ องมีแบบจาลองอะตอมใหม่ …???
สรุป : เกีย่ วกับหลักการของ Bohr
1. ให้ ถอื ว่ าอะตอมมีลกั ษณะดังรัทเทอร์ ฟอร์ ดกล่าวไว้
คือ มีนิวเคลียสอยู่แกนกลาง มีอเิ ล็กตรอนโคจรล้อมรอบ
2. Bohr ตั้งสมมุตฐิ านว่ า อิเล็กตรอนโคจรล้ อมรอบเป็ น
วงกลมหลายๆ วง แต่ ละวงแทนด้ วยตัวเลข 1, 2, 3…
หรือตัวอักษร K, L, M…..
3. ถือว่ า แสงเป็ น photon ตามที่พลังค์ และไอน์ สไตน์ กล่าวไว้ และมีพลังงาน E = hu
4. ตราบใด ทีอ่ เิ ล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสอยู่น้ัน
จะไม่ มกี ารดูดกลืนและปล่อยพลังงานออกมา ซึ่ง
ตรงข้ ามกับทฤษฎีด้งั เดิม
5. Bohr ตั้งสมมุตฐิ านว่ า อิเล็กตรอนจะอยู่ได้ เฉพาะ
วงโคจรทีท่ าให้ มนั มีโมเมนตัมเชิงมุม ( m v r ) ที่
เหมาะสมกับวงโคจรนั้นๆ เท่ านั้น ซึ่งมีค่าเท่ ากับ
ผลคูณของตัวเลขจานวนเต็มใด ๆ (n) คูณด้ วย
ค่ าคงที่ของพลังค์ หารด้ วย 2p,
mvr =
m
v
r
h
=
=
=
=
n
=
nh
2
มวลของอิเล็กตรอน
ความเร็วเชิงเส้ นของอิเล็กตรอน
รัศมีวงโคจร
ค่ าคงที่ของพลังค์ 6.625 x 10-27
เอิร์ก.วินาที
ลาดับวงโคจร (เลขควันตัมหลัก)
6. ตั้งสมมุตฐิ านว่ า อิเล็กตรอนจะดูดกลืนหรือคาย
พลังงานออกมาเฉพาะ เมื่ออิเล็กตรอนมีการ
เคลือ่ นย้ ายจากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่ง
โดยค่ าพลังงานทีด่ ูดกลืนหรือปล่อยออกมา จะ
เท่ ากับผลต่ างระหว่ างวงโคจรทั้งสอง
DE
= Ef - Ei
= hu
โดย u = ความถีข่ องแสงทีอ่ เิ ล็กตรอนดูดกลืน
หรือคายออกมา
สมมุตฐิ านทั้งหมดมีผลดีคอื
1) สามารถสร้ างแบบจาลองอะตอม ของ H
และไอออนของธาตุอนื่ ทีม่ ขี นาดเล็กและ
มีอเิ ล็กตรอน 1 อนุภาคได้
2) สามารถอธิบายปรากฎการณ์ การเกิด
สเปกตรัมของธาตุ H ได้
3) สามารถคานวณรัศมีวงโคจร พลังงาน
ไอออนไนเซชันและพลังงานของอิเล็ก
ตรอนสาหรับวงต่ าง ๆ ของธาตุ H ได้
Ionization energy ของ H-atom : พลังงานที่ใช้ ใน
การดึง e จาก n1 = 1 ฎ n2 = a)
Ionization Energy : ของอะตอมที่มี
2
2 4
e1
อนุภาค
2  me z e  1 1 
DE 

2
2
2

h
 nin nf 
DE
= Z2 DEH
:
ใช้
ไ
ด้
ก
บ
ั
อะตอมขนาดเล็
ก
2
= -13.6 Z
ทีม่ ี e 1 อนุภาคเท่ านั้น
โดย DEH = -13.6 eV
Z = ประจขุ องนิวเคลียสของอะตอม เช่ น
2+
Li , Z = 3, nin = 1, nf = a
รัศมีอะตอมและพลังงานของไฮโดรเจนสาหรับ n =
1 ถึง 5 ดังตาราง
เลขควอนตัม รัศมีอะตอม
1
2
3
4
5
พลังงานของ
0.529
2.116
4.761
8.464
13.225
-
สาหรับ one-e -
ทฤษฎีของ Bohr
atom
+
2+
เช่ น He ,Li (Z= +2,+3 ตามลาดับ)
n h
2
2
4 me ze
2
r=
2
 2 me z e
E=
2 2
n h
2
2
4
การอธิบายการเกิดสเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจน
เส้ นสว่ าง หรือ เส้ นมืดในสเปกตรัมเกิดจาก
การคายหรือดูดกลืนพลังงานของอิเล็กตรอน เมื่อ
มีการเปลีย่ นระดับพลังงานจากระดับพลังงานสู ง
ไประดับที่ต่ากว่ าและจากระดับพลังงานต่าไป
ระดับทีส่ ู งกว่ าตามลาดับ
ดังนั้น จาก
DE = Ef - Ei
2
24
m Z eDE = - 2
n2f h2
hu
 2 m Z e 


2 2
ni h


2
2
2mZ2e4  1
1
= 2 h2  2  2  (8)
n
n

i
f

4
จาก u = C/l เมื่อแทนค่ า u ใน (8) จะได้
1
2 m Z e  1 1 
=



3
2
2
l
h c  ni nf 
2
2 4
ni > nf เสมอ
-1
cm
(9)
สาหรับ H, Z = 1,
ได้ สูตรในการคานวณ
พลังงานของรังสี ชุดต่ าง ๆ ดังนี้
1
5  1 1  1
   1.09678 x 10  2  2  cm
l
n
n
 i f
ค่ าเป็ นลบ เพราะเป็ นพลังงานที่คาย
n
n
n
n
=
=
=
=
a
5
4
3
n=2
n=1
ชุดฟุนด์
ชุดแบรกเกตต์
ชุดบาลเมอร์
ชุดไลแมน
ม่ วง
4000 อังสตรอม
แดง
อังสตรอม 7000
การหาค่ ารัศมีและพลังงานของอิเล็กตรอน
ในวงโคจรต่ างๆ ของธาตุไฮโดรเจน
เป็ นการประยุกต์ แบบจาลองอะตอมของ
Bohr เพือ่ หาสมบัตติ ่ างๆ ของธาตุไฮโดรเจน
จุดบกพร่ องของแบบจาลองอะตอมของโบร์
1. ใช้ ได้ เฉพาะอะตอมที่มีอเิ ล็กตรอนเพียง
1 อนุภาคเท่ านั้น
2. ไม่ สามารถอธิบายปรากฎการณ์ เมื่ออะตอม
อย่ ใู นสนามแม่ เหล็กได้ ซึ่งให้ สเปกตรัมที่
ซับซ้ อนกว่ าปกติ เรียกว่ า โครงสร้ างถี่
ละเอียด (fine structure)
จากผลการ ทดลองขยายเส้ นสว่ าง หรือเส้ นมืดบน
สเปกตรัมของธาตุต่างๆ พบว่ าบางเส้ นไม่ ใช่ เส้ นเดีย่ วๆ
แต่ มีเส้ นเล็กๆ ทีแ่ ทรกอยู่ด้วย ซึ่งไม่ สามารถอธิบายได้
โดยใช้ แบบจาลองอะตอม
ของโบร์
3. อธิบายโครงสร้ างอะตอมได้ 2 มิติ เท่ านั้นซึ่ง
ผิดความจริง
9.
แบบจาลองอะตอมที่พฒ
ั นาจาก
แบบจาลองอะตอมของโบร์
เนื่องจากข้ อบกพร่ องของแบบจาลองของโบร์
ที่ไม่
สามารถอธิบาย โครงสร้ างถี่ละเอียดได้ Sommerfeld จึงได้
ดัดแปลงแบบจาลองอะตอมของโบร์ ว่า นอกจากจะมีวงโคจร
แบบวงกลมแล้ ว ยังมีวงโคจรย่ อย ๆ ที่เป็ นวงรีและตาแหน่ ง
ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ขึน้ กับ2 แกน กาหนดให้ เป็ น
n และ k
เมื่อ n =
k คือวงกลม
นั่นเอง และสาหรับวงรี n
>
k
นั่นคือ เมื่ออิเล็กตรอนหนึ่ง ๆ มีพลังงานมากขึน้
จะมีวงโคจรได้ หลายวง
รู ปร่ างของวงโคจรจะ
เปลีย่ นไปด้ วย ซึ่งจะเป็ นวงรีมากขึน้ จึงเสนอว่าน่ าจะ
มีเลขควอนตัมเพิม่ อีกชนิด เพือ่ ระบุระดับพลังงานย่ อย
ของอิเล็กตรอน
หรือรู ปร่ างวงโคจรของอิเล็กตรอน
เรียกว่ า เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม
ปัจจุบันใช้
สั ญลักษณ์
l
ความสั มพันธ์ ของ n, k และ l
n k
l = 0,1,2,3…(n-1)
รู ปร่ างวงโคจร
1
1
0(s)
วงกลม
2
2
0(s)
วงกลม
1
1(p)
3
3
0(s)
วงรี
ค่า k หรือ l ทีต่ ่ างกันบ่ งถึงรู ปร่ างวงโคจรที่ต่างกัน
ซึ่งมีระดับพลังงานที่ต่างกัน เมื่ออิเล็กตรอนมีการ
เคลือ่ นย้ ายระหว่ างระดับพลังงานย่ อยเหล่ านี้ จึง
เห็นรายละเอียดของเส้ นสเปกตรัม
ถึงขั้นนีจ้ ะเห็นว่ า ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน
ที่
โคจรรอบนิวเคลียสระบุด้วยเลขควอนตัม 2 ประเภท
คือ n และ k (l)
s ย่ อจาก “sharp” เป็ นเส้ นแสงที่คมชัด
p ย่ อจาก “principal” เส้ นแสงหรือเส้ น
มืดเส้ นหลักของธาตุน้ันๆ
d ย่ อจาก “diffuse” เส้ นแสงหรือเส้ นมืดที่พร่ าเลือน
f ย่ อจาก “fundamental” เส้ นที่พบบ่ อยๆ หรือพบได้
ง่ าย
10. ปรากฏการณ์ ซีแมน (Zeeman Effect)
ศึกษารายละเอียดของเส้ นสเปกตรัมโดย
เมือ่ ให้ ก๊าซหรือไอของโลหะอยู่ในสนามแม่ เหล็ก
แล้ วดูเส้ นสเปกตรัมทีป่ ล่ อยออกมาในทิศทาง
ขนานกับสนามแม่ เหล็ก โดยบีบลาแสงให้ ผ่าน
ช่ องเล็ก ๆ ดังรู ป
สนามแม่ เหล็ก
S
N
เส้ นสเปกตรัม
แยก 3 เส้ น
แม่เหล็ก
หลอดบรรจุก๊าซหรื อไอของธาตุ
เส้นสเปกตรัมแยก 2
เส้น
B
B
A
A
C
C
เส้นสเปกตรัมแยกออก
จากกันเนื่องจากสนามแม่เหล็ก
จะเห็นเส้ นสเปกตรัมแต่ ละเส้ น
แยกออกเป็ น3
เส้ น เส้ นตรงกลาง มีความยาวคลืน่ เท่ าเดิม เท่ ากับเมื่อ
ไม่ มีสนามแม่ เหล็ก อีก 2 เส้ น มีความยาวคลืน่
มากกว่ าและน้ อยกว่ าเส้ นกลางอยู่ห่างจากเส้ นกลางด้ วย
ระยะเท่ ากันและจะไม่ ปรากฏเมื่อไม่ มีสนามแม่ เหล็กค่ า
ความยาวคลืน่ ที่เปลีย่ นไปจะมากเมื่อความเข้ มของ
สนามแม่ เหล็กมาก
หมายความว่า เมื่อไม่ มีสนามแม่ เหล็กมากระทาวง
โคจรของอิเล็กตรอน ณ พลังงานหนึ่ง ๆ จะอยู่ในระนาบ
ใด ๆ ระนาบเดียว แต่ เมื่อมีสนามแม่ เหล็กจากภายนอก
มากระทา
ทาให้ อเิ ล็กตรอนได้ รับพลังงานจาก
สนามแม่ เหล็กแล้วเปลีย่ นระนาบของวงโคจร
จึง
จินตนาการได้ ว่า
อิเล็กตรอนน่ าจะมีวงโคจรรอบ
นิวเคลียสได้ หลายระนาบ(หลาย o r i e n t a t i o n )
ดังนั้น ในการอธิบายภาวะของอิเล็กตรอนที่โคจรรอบ
นิวเคลียส น่ าจะมีเลขควอนตัมอีกประเภททีบ่ อกถึงการ
จัดตัวของอิเล็กตรอนในปริมณฑล (space quantized)
เมือ่ อยู่ในสนามแม่ เหล็กเรียก
เลขควอนตัมแม่ เหล็ก
“m” เลขจานวนเต็ม มีค่าตั้งแต่ - l , - l + 1 , - l +
2 … O , 1 , 2 … + l
ณ วงโคจรจะที่มีค่า l ค่ าหนึ่ง เมื่อไม่ มี
สนามแม่ เหล็กมาเร้ า จะมีแต่ สนามแม่ เหล็กจาก
อิเล็กตรอนเองค่ าหนึ่ง สมมุตเิ ป็ น m เมือ่ มี
สนามแม่ เหล็กกระทา แสดงว่ าอิเล็กตรอนมีการ
ย้ ายระนาบพลังงานจากเดิมด้ วยปริมาณเป็ นจานวน
เต็มควอนตัม
สมมุติ 1 หน่ วย ทาให้ เกิดการเปลีย่ นแปลงจาก
m เป็ น m + 1 และ m - 1 ทาให้ เห็นเส้ น
สเปกตรัม 3 เส้ น คือ m+1 , m และ m-1
จากปรากฏการณ์ ซีแมนชี้ให้ เห็นว่ า การ
บ่ งภาวะระดับพลังงานของอิเล็กตรอนใน
อะตอมไม่ ได้ ขนึ้ กับค่ า n (เลขควอนตัมหลัก)
และ l (เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม) เท่ านั้น
แต่ ขนึ้ กับค่ า m (เลขควอนตัมแม่ เหล็ก) ด้ วย
ค่ าเลขควอนตัมทั้ง 3 นี้ ได้ หลักฐานจาก
การศึกษาสเปกตรัม
n
1
2
3 …... a
k
1
2,1
3,2,1 ……
(l) (O)
(O,1) (O,1,2) ……
m มีค่าตั้งแต่ -l, -l+1, -l+2 …O, 1,
2….+l
เช่ น
l
= 2
11. การทดลองของสเทิร์น และเกอร์ ลาช
(Stern - Gerlarch)
ทดลองเผาโลหะเงินให้ เป็ นไอ Ag(g) ให้ พ่ งุ ผ่ าน
ช่ องเล็ก ๆ คล้ายลาแสงไปยังสนามแม่ เหล็ก ให้ ไป
กระทบฉากเรืองแสง ZnS พบว่ า ที่ฉากเรืองแสงมี
อะตอมโลหะเงินมากระทบ
3
แนวด้ วยกัน
แนวที่ 1 เป็ นแนวเดียวกับช่ องทีพ่ ่งุ ออก ส่ วนอีก 2
แนว
เบนจากแนวแรกด้ วยระยะเท่ ากัน และจะไม่ ปรากฏให้
เห็นเมื่อไม่ มีสนามแม่ เหล็ก
สาหรับธาตุอนื่ ๆ ที่มี
อิเล็กตรอนวงนอก 1 อนุภาค เช่ น H, Li, Na, Cu, Au
ก็ได้ ผลเช่ นเดียวกัน
โลหะเงิน
ฉากรับ
แม่เหล็ก
N
S
เตาเผา
อะตอมโลหะเงิน
แสดงการทดลองของสเทิร์นกับเกอร์ ลาช
อะตอมที่
อิเล็กตรอน
เวียนซ้าย
อะตอม
ที่ไม่มี
อิเล็กตรอน
อะตอมที่
อิเล็กตรอน
เวียนขวา
จากผลการทดลอง สรุ ปได้ ว่าอิเล็กตรอน
ในอะตอมของธาตุต่างๆ
นอกจากจะหมุนรอบ
นิวเคลียสแล้ว ยังหมุนรอบแกนของมันด้วย ทา
ให้เกิดสนามแม่เหล็กของมันเอง และแสดงว่ าคู่
อิเล็กตรอนในวงโคจรใด ๆ มีการหมุนรอบ
ตัวเองในทิศทางตรงข้ ามกัน
ดังนั้นการระบุภาวะของอิเล็กตรอนในอะตอม
ต้อง
ระบุ
ภาวะที่อิเล็กตรอนหมุนรอบตัวเองด้วย
จึงได้
กาหนด
เลขควอนตัมขึ้นอีก เรี ยกว่า เลขควอนตัมสปิ น (spin
quantum number, s)
กาหนดค่าของ s ให้เป็ น
1/2
และ
ใช้เครื่ องหมาย + หรื อ - แทนทิศทางการหมุนที่
ต่างกัน