Transcript แบบจาลองอะตอมของทอมสัน ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน ทฤษฎีอะตอมของบอห์ร แบบจาลองอะตอมของรัทเธอร์ ฟอร์ ด ดาลตัน (DALTON ) www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.html#Rutherford ทฤษฎีอะตอมของดาล ตัน จอห์ นดอลตัน ชาวอังกฤษได้ รวบรวมเรื่ องเกี่ย วกับ อะตอมและตัง้ เป็ นทฤษฎีขึน้ เรี ยกว่า ทฤษฎีอะตอมของ ดาลตัน ซึ่งนับเป็ นก้ าวแรกที่ทาให้

แบบจาลองอะตอมของทอมสัน
ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
ทฤษฎีอะตอมของบอห์ร
แบบจาลองอะตอมของรัทเธอร์ ฟอร์ ด
ดาลตัน (DALTON )
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.html#Rutherford
ทฤษฎีอะตอมของดาล
ตัน
จอห์ นดอลตัน ชาวอังกฤษได้ รวบรวมเรื่ องเกี่ย วกับ
อะตอมและตัง้ เป็ นทฤษฎีขึน้ เรี ยกว่า ทฤษฎีอะตอมของ
ดาลตัน ซึ่งนับเป็ นก้ าวแรกที่ทาให้ เกิดความเข้ าใจเกี่ยวกับ
อะตอมมากขึ ้น ทฤษฎีอะตอมของดาลตันมีใจความสาคั ญ
ดังนี ้
1. สสารทุกชนิดประกอบด้ วยอนุภาคที่เล็กที่ สดุ
เรี ยกว่าอะตอมซึง่ ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้
2. อะตอมไม่สามารถสร้ างขึ ้นใหม่หรื อทาให้ สูญ
หายไปได้
3. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมเหมือนกั น
กล่าวคือมีสมบัติเหมือนกันทังทางกายภาพและทางเคมี
้
4.อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมมีมวลหรื อ
น ้าหนักเท่ากัน
5. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวทางเคมี
ระหว่างอะตอมของธาตุตา่ งชนิดกันด้ วยอัตราส่วนของ
จานวนอะตอมเป็ นเลขลงตัวน้ อยๆ
6. อะตอมของธาตุสองชนิดขึ ้นไปอาจรวมกัน
เป็ นสารประกอบด้ วยอัตราส่วนที่มากกว่าหนึง่ อย่าง
เพื่อเกิดสารประกอบมากกว่า 1 ชนิด
จากทฤษฎีอะตอมของดาลตัน แบบจาลองอะตอม
มีลักษณะดังรู ป
www.bwc.ac.th
ทอมสัน (THOMSON)
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.html# THomson
แบบจาลองอะตอมของทอมสัน
แบบจาลองนี อ้ ธิ บายสมบัติต่างๆของธาตุรวมทัง้
ทฤษฎีพนั ธะเคมีด้วย ซึ่งก็ใช้ ได้ บ้างในบางกรณี จนในปี
ค.ศ. 1911 แบบจาลองนี ้ก็ยกเลิกไป เมื่อ อี อาร์ รั ทเธอร์
ฟอร์ ด ศึกษาการกระเจิง (scattering) ของรังสีแอลฟาใน
แผ่ น โลหะบางๆ แล้ ว พบว่ า แบบจ าลองอะตอมของ
ทอมสัน ใช้ อธิบายผลการทดลองไม่ได้
แบบจาลองอะตอมตามทฤษฎีอะตอมของทอมสัน
มีลักษณะดังรู ป
-
+ +
- + + +
- - - + + +
- + +
www.bwc.ac.th
รั ทเธอร์ ฟอร์ ด ( RUTHERFORD )
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.html#Rutherford
แบบจาลองอะตอมของรั ทเธอร์ ฟอร์ ด
รัทเธอร์ ฟอร์ ด พบว่ารังสีส่วนใหญ่ไม่เบี่ย งเบน และ
ส่วนน้ อยที่เบี่ยงเบนนัน้ ทามุมเบี่ยงเบนใหญ่ มาก บางส่วน
ยังเบี่ยงเบนกลับทิศทางเดิมด้ วย จานวนรังสีที่ เบี่ยงเบนจะ
มากขึ ้นถ้ าความหนาแน่นของแผ่นโลหะเพิ่มขึ ้น
www.bwc.ac.th
จากการค านวณ รั ท เธอร์ ฟ อร์ ด พบว่ า ในบรรดา
อนุภาคแอลฟา108 อนุภาคจะมีเพียงอนุภาคเดียวเท่านันที
้ ่
จะถู ก กระจายกลับ ทางเดิ ม รั ท เธอร์ ฟ อร์ ด จึ ง เสนอว่ า
พื น้ ที่ หน้ า ตัด ของนิ ว เคลี ยสเป็ นเพี ย งราว 10-8 ของพื น้ ที่
อะตอมหรื อรัศมีของนิวเคลียสเป็ นเพียง 10-4เท่าของรัศมี
อะตอม นัน่ คือนิวเคลียสมีรัศมีประมาณ 10-14 เมตร
บอห์ ร (BOHR)
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.html# Bohr
ทฤษฎีอะตอมของบอห์รและการทดลองที่เกี่ยวข้ อง
สเปกตรัมของไฮโดรเจน
จากการศึกษาเกี่ยวกับการเปล่งรังสีของวัตถุร้ อนทาให้
ทราบว่า ถ้ า ให้ ค วามร้ อนแก่ อ ะตอมจนมากพอ จะท าให้
อะตอมเปล่งแสง เมื่อทาการวิเคราะห์แสงที่เปล่งออกมาอย่าง
ละเอี ย ดโดยใช้ ปริ ซึ ม หรื อเกรตติ ง พบว่ า สเปกตรั ม นั น้
ประกอบด้ ว ยแสงที่ มี ค่ า ความถี่ ห รื อ ความยาวคลื่ น เรี ย ง
ตัวอย่างมีระเบียบเป็ นชุดๆ
- บาล์มเมอร์ (Balmer) ได้ ทาการทดลองพบสเปกตรั ม
ของไฮโดรเจนในช่วงแสงขาวซึ่งตามองเห็นได้ และหาสูตร
สาหรั บ คานวณความถี่ ต่า ง ๆในสเปกตรั มชุดที่ พบ (อนุกรม
บาล์มเมอร์ )
- ไลแมน (Lyman) ทาการทดลองพบสเปกตรั มในช่วง
รังสีอลั ตราไวโอเลต(อนุกรมไลแมน)
* ปาสเชน(Paschen) พบสเปกตรั ม ในช่ ว งรั ง สี
อินฟราเรด (อนุกรมปาสเชน)
* นอกจากนี ้ยังมีอีก 2 ชุด ในช่วงพลังงานที่ ต่าลงไป
อีกคือ อนุกรม แบรกเกตต์ (Brackett) และ ฟุนด์ (Pfund)
ริดเบอร์ ก(J.R. Rydberg) ได้ เสนอสมการที่ใช้
คานวณหาwave number ของสเปกตรั มทุกชุดดังนี ้
R คือค่ าคงที่ของริดเบอร์ ก มีค่า 1.09678 x 105
n1, n2 เป็ นเลขจานวนเต็ม (n2 > n1)
นาสมการของริดเบอร์ กไปคานวณหา wave
function ของสเปกตรั มในอนุกรมต่ างๆ โดยแทนค่ า n1
และ n2 ดังนี ้
อนุกรมไลแมน
n1 คงที่ = 1
อนุกรมบาล์ มเมอร์ n1 คงที่ = 2
อนุกรมปาสเชน
n1 คงที่ = 3
อนุกรมแบรกเกตต์ n1 คงที่ = 4
อนุกรมฟุนด์
n1 คงที่ = 5
n2 = 2,3,4,...
n2 = 3,4,5....
n2 = 4,5,6...
n2 = 5,6,7...
n2 = 6,7,8...
ทฤษฎีของบอห์ รสาหรั บไฮโดรเจนอะตอม
นีลส์ บอห์ร ได้ รวบรวมผลการทดลองต่างๆ และเสนอ
แบบจาลองของอะตอมขึ ้น โดยตังสมมุ
้ ติฐานไว้ ดงั นี ้
1. อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียสจะมี โมเมนตัม
เชิงมุม (angular momentum)เป็ นค่าเฉพาะ โดยมีค่าเป็ น
จานวนเท่าของค่าคงที่ค่าหนึ่ง คือ h/2p ถ้ าการเคลื่อนที่ของ
อิเล็กตรอน (มีมวล me)เป็ นวงกลม (รัศมี r) และความเร็ว v
ดังนัน้
www.bwc.ac.th
m evr = nh/2p
h เป็ นค่ าคงที่ของพลังค์
n เป็ นเลขจานวนเต็ม (1,2,3...)
n จะบ่งถึงพลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรหนึ่งๆ
ซึง่ เรี ยกว่าเลขควอนตัม (quantum number) การเคลื่อนที่ของ
อิเล็กตรอนในลักษณะนี ้จะไม่มีการสูญเสียพลังงาน พลังงาน
ของอิเล็กตรอนจะคงตัว ระดับพลังงานของวงโคจรที่ n เรี ยก
En อิเล็กตรอนที่มีคา่ n ต่า จะมีพลังงานต่าสถานะของอะตอม
ที่มีระดับพลังงานต่าสุดเรี ยกว่าสถานะพื ้น (ground state)
ส่วนสถานะอื่ นๆ ที มี พลังงานสูงกว่า เรี ยกว่าสถานะกระตุ้น
(excited state)
2. เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนวงโคจรจะมีการดูดกลื นหรื อ
เปล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า วงโคจรของอิเล็กตรอนที่มีคา่ n1 จะมี
พลังงานน้ อยกว่า n2ดังนัน้ E1 < E2
ดูดพลังงาน
คายพลังงาน
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page2.htm
* การเปลี่ยนวงโคจรจาก n1 ไปสูว่ งโคจร n2 จะเป็ นการ
ดูดกลืนรังสี
* การเปลี่ยนวงโคจรจาก n2 ไปสูว่ งโคจร n1 จะเป็ นการ
เปล่งรังสีเนื่องจาก DE = hu ดังนันความถี
้
่(u) ของรังสีที่
เปล่งออกมาจะมีคา่ สูงหรื อต่าจะขึ ้นอยูก่ บั ผลต่างของระดับ
พลังงานทังสอง(
้
DE) บอห์รได้ เสนอสูตรสาหรับหา En โดย
อาศัยกฎทางกลศาสตร์ และไฟฟ้าดังนี ้
En = -(2p2meZ2e4) /n2h2
me คือ มวลของอิเล็กตรอน (9.11 x 10-28g)
e เป็ นประจุของอิเล็กตรอน (4.8 x 10-10 esu)
z เป็ นเลขอะตอมมิกของไฮโดรเจน (1)
h คือค่าคงที่ของพลังค์ (6.62 x 10-27 erg-sec)
เมื่อแทนค่า me, e, z, h ที่อยูใ่ นวงเล็บ ค่าในวงเล็บคือ
2.18 x 10 -11 erg หรื อ 13.6 eV หรื อ 1311.65 kJ mol-1
สูตรของบอห์ร สาหรับหารัศมีของวงโคจรอิเล็กตรอนที่มีเลข
ควอนตัม n คือ
สูตรของบอห์ร สาหรับหารัศมีของวงโคจรอิเล็กตรอนที่มี
เลขควอนตัม n คือ
r = n2a0
a0 = ค่าคงที่เรี ยกว่า รัศมีของบอห์ร (Bohr radius)
= h2/4p2 mee2 =0.529 Ao อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบ
นิวเคลียสที่ระดับพลังงาน n = 1 จะมีพลังงานต่าสุด
(มีคา่ เป็ นลบ) เมื่อ n มีคา่ สูงขึ ้นจนกระทัง่ n = infinity จะมี
พลังงานสูงสุดคือ เท่ากับศูนย์
แบบจาลองอะตอมตามทฤษฎีอะตอมของบอห์ ร
มีลักษณะดังรู ป
www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page4.html
จุดอ่ อนทฤษฎีของบอห์ รและการค้ นคว้ าหาทฤษฎีใหม่
ทฤษฎีของบอห์รใช้ อธิบายได้ กับสเปกตรัมของอะตอม
หรื อไอออนที่มีเพียง 1 อิเล็กตรอน เช่น H, He+, Li+ แต่ใช้
อธิบายสเปกตรัมทัว่ ไปที่มีหลายอิเล็กตรอนไม่ได้ นอกจากนัน้
ตามทฤษฎีของบอห์รจะอธิบายโครงสร้ างของอะตอมในระดับ
สองมิ ติ เ ท่า นัน้ นัก วิ ท ยาศาสตร์ จึง ค้ น คว้ า ทดลองหาข้ อ มูล
ต่างๆ เพื่อใช้ อธิบายโครงสร้ างของอะตอมให้ ถกู ต้ องยิ่งขึ ้น
ผลงานที่สาคัญที่ทาให้ เข้ าใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของ
อิเล็กตรอนที่จะนาไปสูค่ วามรู้ ความเข้ าใจเกี่ ยวกับอะตอม
มากขึ ้น คือ ผลงานของเดอบรอยล์ (Louis de Bröglie)
เกี่ยวกับหลักทวิภาพ อนุภาค-คลื่นของสาร และของไฮเซน
เบิร์ก (Werner Heisenberg) เกี่ยวกับหลักความไม่
แน่นอน (uncertainty principle)
สเปกตรั ม
การเปล่งรังสีของวัตถุร้อน
จุดเริ่ มต้ นของทฤษฎีควอนตัม
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริ ก
การเปล่ งรั งสีของวัตถุ
แสงเป็ นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวคลื่น หรื อ ความถี่
ต่างๆกัน รังสีที่มีพลังงานสูงจะมีความยาวคลื่นสัน้ ส่วนรังสีที่มี
พลังงานต่ามีความยาวคลื่นยาวรังสีในช่วงที่ตาคนมองได้ (แสง
ขาว) มีความยาวคลื่น 400 nm ถึง 700 nm
เมื่อนาแสงขาวมาผ่านปริ ซึมจะเกิดการหักเหของ
แสงได้ สเปกตรัมของแสง ซึง่ มีสีเรี ยงตามลาดับจากความ
ยาวคลื่นสัน้ ไปหายาว คือ ม่วง นา้ เงินเขี ยว เหลื อง ส้ ม
แดง เหมือนสีร้ ุง
นักวิทยาศาสตร์ ได้ ศึกษาเกี่ยวกับการเปล่งรั งสีของ
วัต ถุร้ อนพบว่า เมื่ อ ให้ ค วามร้ อนแก่ โ ลหะต่า งๆ จะมี ก าร
เปล่งรั งสีออกมาเป็ นแสงสีต่างๆ ขึน้ กับความร้ อนที่ ให้ แก่
แท่ ง เหล็ ก แสดงว่ า อะตอมของโลหะ สามารถเปล่ง แสง
ออกมาเมื่อได้ รับความร้ อน
ในคริ สตศตวรรษที่ 19 ปรากฏการณ์เกี่ยวกับการแผ่ รังสี
ความร้ อนสรุปได้ 2 ประการ คือ
ถ้ าให้ ความร้ อนแก่วตั ถุมาก วัตถุนนจะเปล่
ั้
งรั งสีออกมา
มากด้ ว ย ทัง้ ในรู ป ของความร้ อนและแสงความเข้ ม ของรั ง สี
ขึ ้นกับอุณหภูมิของวัตถุ เช่น ถ้ าเพิ่มอุณหภูมิ เป็ นสามเท่า ความ
เข้ มอาจเพิ่มขึ ้นถึง 100 เท่า
สี (หรื อชนิ ด ) ของรั งสีที่วัตถุเปล่งออกมาขึ น้ อยู่กับ
อุณหภูมิ เช่น ถ้ าเราใช้ ไฟเผาแท่งเหล็กซึ่งเดิมมี สีคลา้ แต่
เมื่อเผาไฟไปนานพอ เหล็กจะเริ่ มเปล่งรังสีสีแดงถ้ าเผาให้
ร้ อนขึ ้นกว่านันจะเป็
้
นสีส้มและสีเหลือง และในที่สดุ จะเป็ นสี
ขาว
นักวิทยาศาสตร์ พยายามจะเข้ าใจปรากฏการณ์ของ
รังสีความร้ อน และผลจากการทดลองนี ้ เพื่อให้ สะดวกจึง
ตังแบบจ
้
าลอง โดยสมมติให้ วัตถุที่ใช้ ศึกษาเป็ นชนิดที่ดูด
และคายรั งสีความร้ อนได้ ดีที่สุด นั่นคือต้ องเป็ น วัตถุดา
(black body)
ทฤษฎีที่ว่าด้ วยวัตถุดาในยุคแรกนันเป็
้ นผลงานของเรย์
เลห์ (Rayleigh) จีนส์ (Jeans) เคอร์ ชฮอฟฟ์(Kirchhoff) และ
วีน(Wien)
ซึ่งใช้ ทฤษฎี คลาสสิกของฟิ สิกส์อธิ บาย โดย
พิจารณาว่าแสงเป็ นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกเปล่งออกมา
เนื่ อ งจากการสั่น สะเทื อ นของวัต ถุที่ มี ป ระจุคื อ อิ เ ล็ก ตรอน
เนื่ อ งจากอิ เ ล็ก ตรอนจะสั่น ด้ ว ยความถี่ เ ท่า ใดก็ ไ ด้ ไม่จ ากัด
ดังนัน้ รังสีที่เปล่งออกมาจากวัตถุดาที่ร้อน (ไม่ว่าจะอยู่ในรู ป
ของแสงหรื อความร้ อน) จึงน่าจะมีความถี่เป็ นค่าต่อเนื่อง เมื่อ
คานวณความเข้ มและพลังงานของแสงที่มีความถี่ตา่ งๆ
โดยหาจานวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่สนั่ สะเทือนด้ วย
ความถี่นนๆเสี
ั ้ ยก่อน ก็ปรากฏว่าผลการคานวณไม่ต รงกับผล
การทดลอง และไม่สามารถอธิบายได้ ว่าเหตุใดวัตถุที่อุ ณหภูมิ
หนึ่งจึงเปล่งแสงที่มีความเข้ มสูงสุดในช่วงความถี่ หนึ่งเท่านัน้
นอกจากนี ้จากทฤษฎีของเรย์เลห์และจีนส์ จะพบว่ายิ่งความถี่
ของแสงที่เปล่งออกมาสูงขึ ้น ความเข้ มของแสงก็ยิ่งสู งขี ้นไม่มี
ขอบเขตจากัด ซึง่ เป็ นไปไม่ได้ ในทางปฏิบตั ิ
จุดเริ่มต้ นของทฤษฎีควอนตัม
แมกซ์ พลังค์ ได้ เสนอทฤษฎีควอนตัม (quantum theory)
และอธิบายเกี่ยวกับการเปล่งรังสีว่า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปล่ง
ออกมามีลกั ษณะเป็ นกลุม่ ๆ ซึง่ ประกอบด้ วยหน่วยเล็ก ๆเรี ยกว่า
ควอนตัม (quantum) ขนาดของควอนตัมขึ ้นกับความถี่ของรังสี
และแต่ละควอนตัมมีพลังงาน(E)โดยที่ E เป็ นปฏิภาคโดยตรง
กับความถี่(u) ดังนี ้
E = hu
เมื่อ
E = พลังงานหนึง่ ควอนตัมแสง (J)
h = ค่าคงที่ของพลังค์ (6.62 x 10-34 Js)
u = ความถี่ (s-1)
จากทฤษฎีควอนตัมนี ้ กลุ่มของอะตอมที่สนั่ ด้ วยความถี่
สูงจะเปล่งแสงที่มีพลังงานสูงๆ เท่านัน้ ที่อณ
ุ หภูมิหนึ่งๆ โอกาส
ที่จะพบอะตอมที่สนั่ สะเทือนด้ วยความสูงมากๆ หรื อ ต่ามากๆ
นันมี
้ น้อย ดังนันความเข้
้
ม
(ซึ่งขึน้ กับพลังงานและจานวนอะตอม)ของพวกที่มี ความถี่
ดังกล่าวจึงน้ อยกว่า ซึง่ ตรงกับผลการทดลองที่กราฟเส้ นโค้ ง
ลดลงในบริ เวณที่มีความถี่สงู มาก และต่ามากหรื อถ้ าคิดเป็ น
ความยาวคลื่นก็กลับกัน) นอกจากนี ้ แม้ อะตอมต่างๆ จะสัน่
ด้ ว ยความถี่ ต่า งกัน จะมี ความถี่ ค่า หนึ่งที่ เป็ นของอะตอม
ส่ ว นใหญ่ ความถี่ ค่ า นี เ้ พิ่ ม ขึ น้ เมื่ อ อุ ณ หภู มิ สูง ขึ น้ ซึ่ ง ใช้
อธิบายการเปลี่ยนจุดสูงสุดของกราฟกับอุณหภูมิได้
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริ ก
เมื่อแสงที่มีความถี่เหมาะสมตกกระทบผิวหน้ าของ
โลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกมา ปรากฏการณ์นี ้เรี ยกว่า
ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริ ก และเรี ยกอิเล็กตรอนนันว่
้ าโฟ
โตอิเล็กตรอน จากการศึกษาอย่างละเอียดพบว่า
1. โฟโตอิเล็กตรอนจะเกิดขึน้ ก็ต่อเมื่อแสงตกกระทบมี
ความถี่ สูง กว่ า ค่ า หนึ่ ง ซึ่ ง เป็ นค่ า จ าเพาะส าหรั บสารนั น้ ๆ
ความถี่ต่าสุดที่ทาให้ เกิดโฟโตอิเล็กตรอนได้ นี เ้ รี ยกว่า ความถี่
ขีดเริ่ ม (threshold frequency)
2. ถ้ าใช้ แสงที่มีความถี่สูงกว่าความถี่ขีดเริ่ ม พลังงาน
ส่วนที่เกินนี ้จะไปทาให้ โฟโตอิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ ้น
ปรากฏว่าพลังงานจลน์ สูงสุดของโฟโตอิเล็กตรอนไม่ขึ น้ กับ
ความเข้ มของแสงนันๆแต่
้ ขึ ้นกับความถี่
3. จานวนโฟโตอิเล็กตรอนขึ ้นกับความเข้ มของแสง
ถ้ าลดความเข้ มของแสงลง จานวนโฟโตอิเล็กตรอนจะ
ลดลงด้ วย
ผลข้ อ 2 ขัดกับทฤษฎีคลาสสิกของฟิ สกิ ส์อย่างยิ่ง
เพราะตามทฤษฏีดงั กล่าว พลังงานของโฟโตอิเล็กตรอนควร
จะขึ ้นอยูก่ บั ความเข้ มของแสงโดยตรง ส่วนผลข้ อ 3 นัน้
ทฤษฎีคลาสสิกอธิบายไม่ได้ เลย
ในปี ค.ศ.1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์(Albert Einstein)
สามารถอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตรอนนี ้ได้ อย่างถูกต้ อง
เขาเสนอว่าแสงควรมีคณ
ุ สมบัติเป็ นอนุภาคได้ ด้วย เรี ยกว่า โฟ
ตอน(photon) และใช้ ทฤษฏีของพลังค์กาหนดค่าพลังงาน
ของโฟตอนนัน้
กล่าวคือ อนุภาคแสง 1 โฟตอนที่มีความถี่u มีพลังงาน
Eu = hu คิดเป็ น 1 ควอนตัม ค่าพลังงานของโฟตอนเป็ นค่า
เฉพาะสาหรับแสงที่มีความถี่หนึ่งๆ เท่านัน้ ดังนันพลั
้ งงานของ
1 ควอนตัมของแสงสีแดง 1 โฟตอน มีค่าน้ อยกว่าพลังงาน
1 ควอนตัมของแสงสีนาเงิน 1 โฟตอน (แสงสีน ้าเงินมีความถี่
สูงกว่า)
คาอธิบายของไอน์ สไตน์ สาหรั บผลการทดลองแต่ ละข้ อ
เป็ นดังนี ้
1. ปั ญหาของความถี่ขีดเริ่ ม
การที่จะดึงอิเล็กตรอนให้ หลุดออกมาจากผิวหน้ า โลหะได้
ต้ อ งใช้ พ ลัง งานอย่ า งน้ อ ยที่ สุด เท่ า กับ แรงดึง ดูด ที่ โ ลหะมี ต่ อ
อิเล็กตรอนนัน้ จากทฤษฎีของพลังค์ พลังงานของแสงแต่ละชนิด
ขึ ้นอยู่กับความถี่ ดังนัน้ ถ้ าเขียนแทนความถี่ต่า สุดว่า umin และ
แรงดึงดูดของอิเล็กตรอนว่า W (work function) ดังนัน้
W = hu min
2. ปั ญหาพลังงานจลน์สงู สุดของโฟโตอิเล็กตรอน
จากแสงชนิดหนึง่ ๆ
ถ้ าเราใช้ แสงที่มีความถี่ u พลังงานของแสงคือ hu
( u มากกว่า umin ส่วนที่เหลือจะใช้ เป็ นพลังงานของ
อิเล็กตรอนนัน)
้ ดังนัน้
พลังงานจลน์ ของอิเล็กตรอน = h( u- umin)
uminมีคา่ คงที่สาหรับโลหะชนิดหนึง่ ๆ ดังนันพลั
้ งงานจลน์
สูงสุดจึงแปรผันโดยตรงกับ u
3. ปั ญหาความเข้ มของแสงกับจานวนโฟโตอิเล็กตรอน
เนื่องจากความเข้ มของแสงขึ ้นอยูก่ บั พลังงานของแสง
โดยตรง (ความเข้ ม คือ พลังงานต่อหน่วยพื ้นที่ตอ่ หน่วยเวลา)
ถ้ าให้ พลังงานของแสงทังหมดที
้
่ตกกระทบต่อหนึง่ หน่วยพื ้นที่
ของผิวหน้ าโลหะเป็ น Er
ดังนัน้
จานวนโฟตอนที่ตกกระทบ = Et/hu
และ
จานวนโฟตอนที่ตกกระทบต่อ 1 วินาที = I/hu
Et คือพลังงานของแสงทังหมดที
้
่ตกกระทบ
hu คือ พลังงานของแสง 1 โฟตอน
I คือความเข้ มของแสง
จากนี ้ไอน์สไตน์ให้ ข้อสมมุติฐานที่สาคัญอีกข้ อหนึง่ ว่า
"1 โฟตอนจะทาให้ เกิด 1 โฟโตอิเล็กตรอนเท่านัน“
้
จานวนโฟโตอิเล็กตรอน a จานวนโฟตอน a ความเข้ มของแสง
ผลงานของไอน์สไตน์ชิ ้นนี ้เป็ นจุดเริ่ มต้ นของความคิด
ที่วา่ แสงมีสมบัติเป็ นอนุภาคที่เรี ยกว่า โฟตอน นอกเหนือจาก
ความเป็ นคลื่นตามที่เคยทราบกันมาแต่ก่อน
สมมุตฐิ านของเดอบรอยล์ ( ลักษณะทวิภาค )
เดอบรอยล์ ได้ เสนอแนวความคิ ด ว่ า สารทุ ก ชนิ ด
นอกจากจะเป็ นอนุภาคแล้ วยังมีสมบัติความเป็ นคลื่น อยู่ในตัว
ด้ วย และสามารถยกตัวอย่างของสารที่แสดงสมบัติเป็ นคลื่น
ที่มีระดับพลังงานเป็ นช่วงๆ (quantized energy level)นัน่ คือ
การสัน่ ของเชือกที่ปลายทังสองข้
้
างไม่เคลื่อนที่ เชือกหรื อลวด
พวกนี ้สามารถสัน่ ด้ วยความถี่บางค่าเท่านัน้
(ดังที่นิยมเรี ยกกันว่าความถี่ขนมู
ั ้ ลฐานและโอเวอร์ โทนต่างๆ)
และการสัน่ แบบนี ้อยูใ่ นลักษณะของ คลื่นนิ่ง (standing wave)
เดอบรอยล์ศกึ ษางานของไอน์สไตน์ในเรื่ องของ สมบัติท วิภาค
(อนุภาค-คลื่น)ของแสง และเสนอว่าสมบัตินี ้ใช้ กบั สารอื่นๆได้
ด้ วย เขาหาความสัมพันธ์ได้ ดงั ต่อไปนี ้
เนื่องจาก
E = hu
แต่
u = c/l
และจากทฤษฎีสมั พันธภาพ
E = cp
เมื่อ p หมายถึง โมเมนตัมของอนุภาค และ c เป็ นความเร็ว
ของแสง ดังนัน้
hc/l=cp
หรื อ
l = h/p = h/mv
ความยาวคลื่นที่เป็ นไปตามนี ้นิยมเรี ยกกันว่า ความยาวคลื่น
ของเดอบรอยล์
อนุภาคตัวแรกที่แสดงสมบัติความเป็ นคลื่นโดยศึกษา
ได้ จากการทดลอง คือ อิเล็กตรอนซึ่งเป็ นผลงานของ ซี เดวิส
สัน (C. Davisson) และ แอล เอช เกอร์ เมอร์ (L.H. Germer)
และผลงานของ จี พี ทอมสัน (G.P.Thompson) บุตรชายของ
เจ เจ ทอมสั น ซึ่ ง ได้ ทดลองศึ ก ษาการเลี ย้ วเบนของ
ลาอิเล็กตรอน และพบว่ามีสมบัติการเลี ้ยวเบนคล้ ายกับรังสี
เอ็ ก ซ์ ม ากกว่า ความยาวคลื่ น ของล าอิ เ ล็ก ตรอนก็ ต รงกั บ ที่
คานวณได้ จากสมการ l = h/p ด้ วย
นอกจากนี ้ อนุภาคตัวอื่นที่แสดงสมบัติของคลื่นก็มี
อี ก เช่น นิ ว ตรอน การเลี ย้ วเบนของทัง้ อิเล็ก ตรอนและ
นิวตรอนนัน้ ต่อมาได้ ใช้ เป็ นเทคนิคที่สาคัญ ในการศึกษา
โครงสร้ างของสารทั่ว ไปทัง้ ของแข็ ง ที่ เ ป็ นผลึ ผ ง และ
ของเหลว ในปั จจุ บัน ได้ น าเทคนิ ค ดัง กล่ า วมาศึ ก ษ า
โครงสร้ าง 3 มิติ ของสารประกอบทางชี ววิทยา เช่น
โปรตีน
แนวความคิดของเดอบรอยล์นีไ้ ด้ นาไปอธิ บายสมบั ติ
ของอิเล็กตรอนในทฤษฎีของบอห์ รด้ วยว่า การที่อิเล็ กตรอน
เคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็ นวงโคจรที่เสถียรนัน้ ถ้ าพิจารณาใน
แง่ความเป็ นคลื่นแล้ ว หมายความว่าอิเล็กตรอนมีสมบั ติเป็ น
คลื่ น นิ่ ง เท่ า นั น้ ซึ่ ง จะต้ องเป็ นไปตามความสั ม พั น ธ์ ที่ ว่ า
ความยาวของเส้ นรอบวงของวงโคจรของอนุภาคอิเล็กตรอน
จะต้ องเท่ า กั บ จ านวนเท่ า ของความยาวช่ ว งคลื่ น ของ
อิเล็กตรอนนัน้ นัน่ คือ 2pr = nl
(n ต้ องเป็ นเลขจานวนเต็ม)
www.bwc.ac.th
จากสมมุติฐานของบอห์ร
mvr = nh/2p
หรื อ
2pr = nh/mv
จากสมมุติฐานของบอห์ร
mvr = nh/2p
หรื อ
2pr = nh/mv
เราก็จะได้
l = h/mv
เช่นกัน
หลักความไม่ แน่ นอนของไฮเซนเบิร์ก
ในปี ค.ศ.1927 ไฮเซนเบิร์ก เสนอหลักว่าเราไม่สามารถ
รู้ตาแหน่งที่อยูแ่ ละ โมเมนตัมของอิเล็กตรอนได้ อย่าเที่ยงตรง
พร้ อมๆกันได้ เช่น ถ้ าวัดหาตาแหน่งได้ อย่างแน่นอนแล้ ว ค่า
ของโมเมนตัมที่วดั ออกมาพร้ อมๆกันนันจะไม่
้
แน่นอนอย่างยิ่ง
ถ้ าเขียนเป็ นสูตรโดยให้ Dx เป็ นความไม่แน่นอนในการวัด
ตาแหน่งตามแนวแกน x และให้ D px เป็ นความไม่แน่นอน
สาหรับค่าโมเมนตัมเชิงเส้ นตรงในทิศทาง x แล้ ว หลักของไฮ
เซนเบิร์กก็คือ
Dx D px > h/4p
เราอาจเข้ าใจความหมายทางฟิ สิกส์ของสูตรนีไ้ ด้ ดั งนี ้
คือ ในการวัดหาตาแหน่งที่อยู่ของสาร คือ ถ้ าสารนัน้ ใหญ่พอ
เราอาจใช้ เครื่ อ งมื อ ปกติ ที่ อ่ า นค่ า ออกมาได้ ทั น ที โ ดยไม่
เปลี่ยนแปลงสมบัติของสารนันมากนั
้
ก แต่ถ้าสารเล็กมากๆจน
มองด้ วยตาเปล่าไม่ได้ เช่น
อิเล็กตรอน เราจาเป็ นต้ องใช้ วิธีอื่นช่วย เช่น ใช้ ลาแสง
เป็ นตัว ค้ น หาอิ เ ล็ ก ตรอนนัน้ (เมื่ อ ผ่ า นล าแสงเข้ าไปพบ
อิเล็กตรอน เราจาเป็ นต้ องใช้ วิธีอื่นช่วย เช่น ใช้ ลาแสงเป็ นตัว
ค้ นหาอิเล็กตรอนนัน้ (เมื่อผ่านลาแสงเข้ าไปพบอิ เล็กตรอน
ล าแสงอาจกระจายหรื อ เปลี่ ย นสมบั ติ ข องทิ ศ ทางการ
เคลื่อนที่ไป) และเนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก
แสงที่ใช้ จาเป็ นต้ องมีความยาวคลื่นสันขนาดเดี
้
ยวกับ
ขนาดของอิเล็กตรอนนัน้ (ถ้ าความยาวคลื่นใหญ่เกินไปการ
กระจายอาจไม่เป็ นที่สงั เกตเห็นได้ ) แต่ในขณะเดียวกัน เรา
อาจพิจารณาว่าแสงเป็ นอนุภาคคือ โฟตอนเคลื่อนที่ไ ป เมื่อ
พบอิเล็กตรอนก็เกิดชน(collision)กัน ซึง่ อาจมีการแลกเปลี่ยน
โมเมนตัม ด้ วย ถ้ าโฟตอนมี โ มเมนตัม สูง ก็ อ าจถ่ า ยเทให้
อิเล็กตรอนนันได้
้ มาก
จากความสัมพันธ์ ของเดอบรอยล์ ความยาวคลื่นเป็ น
สัดส่วนผกผันกับโมเมนตัมของสาร ถ้ าความยาวคลื่นสั น้ มาก
แสดงว่ า โฟตอนนัน้ มี โ มเมนตัม สูง มาก เมื่ อ โฟตอนขนกั บ
อิเล็กตรอน ถ้ าการถ่ายเทโมเมนตัมมีเป็ นจานวนมาก ก็ จะทา
ให้ โมเมนตัมเดิมของอิเล็กตรอนมีการเปลี่ยนไปมากเช่นกัน
การที่จะหาเส้ นทางเดินของวัตถุใดก็ตามได้ จะต้ อง
ทราบตาแหน่งและโมเมนตัม (ผลคูณของมวลและความเร็ ว)
ของวัตถุนนที
ั ้ ่จดุ ใดๆทังสองอย่
้
าง
กลศาสตร์ คลื่น
ผลงานของเดอบรอยล์ แ ละไฮเซนเบิ ร์ กได้ น าไปสู่
แนวความคิดของการสร้ างทฤษฎี ใ หม่ขึน้ มาสาหรั บอธิ บ าย
เกี่ยวกับอิเล็กตรอนในอะตอมดังนี ้
อาศัยสมบัติความเป็ นคลื่นของอิเล็กตรอน จึงวิ เคราะห์
หาสมบัติตา่ งๆของอิเล็กตรอนโดยการสร้ างสมการคลื่น (wave
equation) แล้ วแก้ สมการเพื่อหาค่าต่างๆ ออกมา
เนื่องจากอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก สมบัติตา่ งๆ
ของอิเล็กตรอนจะวัดได้ ในระดับโอกาส หรื อความน่าจะ
เป็ น (probability) ที่จะพบอิเล็กตรอนที่บริ เวณต่ างๆ
รอบนิ ว เคลี ย ส หรื อ ความหนาแน่ น ของอิ เ ล็ ก ตรอน
(electron density) ที่บริ เวณต่างๆรอบนิวเคลียส
ชเรอดิงเจอร์ ได้ เสนอสมการคลื่นโดยใช้ สญ
ั ลักษณ์ตา่ งๆดังนี ้
Hy = E y
y คือ สัญลักษณ์ของฟั งก์ชนั คลื่น (wave function) เรี ยกว่า
psi เป็ นฟั งก์ชนั ทางคณิตศาสตร์ ที่เกี่ยวข้ องกับความเป็ นคลื่น
ของอิ เ ล็ก ตรอน ค่า yไม่มี ค วามหมายทางฟิ สิก ส์ แต่ค่ า y2
เกี่ยวข้ องกับโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนที่จุดๆหนึ่ งหริ อ ความ
หนาแน่นของอิเล็กตรอนที่จดุ นันๆ
้ y2 dx dy dz ดังนัน้ y2 ก็คือ
โอกาสหรื อความน่าจะเป็ นของการที่จะพบอิเล็กตรอนที่ จุด
หนึง่ ภายในปริ มาตรจานวนหนึง่ รอบๆ นิวเคลียส
H เรี ยกว่าแฮมิลโตเนียน (hamiltonian)ของระบบ ความหมาย
อย่ า งง่ า ย ๆคื อ เป็ นตัว บ่ง ถึ ง ลัก ษณะแวดล้ อ ม สมบั ติ ท าง
พลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอน เช่น ถ้ าระบบ
เป็ น He+ ในระบบประกอบด้ วยนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอน 2 ตัว
และนิวตรอน 2 ตัว โดยมีอิเล็กตรอน 1 ตัว เคลื่อนที่อยูร่ อบๆ
นิวเคลียส แฮมิลโตเนียนของอิเล็กตรอนตัวนี ้จะเป็ นเทอมซึง่
บ่งถึงพลังงานจลน์
เนื่องจากการเคลื่อนที่รอบนิวเคลียส และมีพลังงาน
ศักย์ เพราะถูกดึงดูดกับโปรตอนที่อยู่ในนิวเคลี ยส แต่ถ้า
ระบบเป็ น He อะตอม แฮมิลโตเนียนของอิเล็กตรอนตัว
หนึ่งๆ (อิเล็กตรอนทังสองตั
้
วจะเหมือนกันทุกประการ) จะ
บ่งถึงพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ โดยที่พลังงานศักย์จะ
ประกอบด้ วยแรงดึงดูดกับนิวเคลียสและแรงผลักระหว่าง
อิเล็กตรอนด้ วยกัน
E คือ พลังงานของอิเล็กตรอนตัวที่กาลังศึกษานัน้
การแก้ สมการคลื่น
www.bwc.ac.th
แกน x,y,z ตังฉากซึ
้
ง่ กันและกันใช้ แกนแบบ spherical polar
coordinates ซึง่ มีตวั แปรเป็ น r,q,fในการแก้ สมการคลื่นจะ
แยกฟั งก์ชนั คลื่นออกเป็ น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ
y(r, q, f) = R(r) Y( q, f)
R(r) เรี ยกว่ า ส่ วนเชิงรั ศมี
Y( q, f) เรี ยกว่ า ส่ วนเชิงมุม
จากการแก้ สมการของชเรอดิงเจอร์ พบว่า ฟั งก์ ชันคลื่น ของ
อิเล็กตรอน นอกจากจะขึ ้นกับตัวแปร (r, q,f) แล้ วยังขึ ้นกับเลข
จานวนเต็มอื่นอีกดังนี ้
ส่วนเชิงรัศมีขึ ้นกับค่า n,l
R(r) = Rn, l(r)
ส่วนเชิงมุมขึ ้นกับค่า l, ml
Y( q, f) = Yl, ml( q, f)
โดยที่ n, l, ml เป็ นเลขจานวนเต็ม
เลขควอนตัม (Quantum Number)
เลขควอนตัมสปิ น
เลขควอนตัมหลัก
เลขควอนตัมแม่เหล็ก
เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม
เลขจานวนเต็ม (n, l, ml) ที่ปรากฏในสมการชเรอดิง
เจอร์ เป็ นตัวระบุถึงพลังงานของอิเล็กตรอนว่ามีได้ ในขนาดหรื อ
ค่าจาเพาะเท่านัน้ ลักษณะเช่นนีเ้ รี ยกได้ ว่า ควอนไทเซชัน
(quantization) เลขจานวนเต็มแต่ละตัวเรี ยกว่า เลขควอนตัม
จากการแก้ สมการคลื่ น ที่ ซั บ ซ้ อนขึ น้ ไปอี ก พบว่ า มี เลข
ควอนตัม ใหม่สาหรั บ อิเล็กตรอนอี กค่า หนึ่ง คือ ms เราอาจ
กล่ า วถึ ง อิ เ ล็ ก ตรอนตัว หนึ่ ง ตัว ใดภายในอะตอมด้ ว ยเล ข
ควอนตัมทัง้ 4 ค่า อิเล็กตรอนแต่ละตัวมีคา่ ทัง้ 4 นี ้ แต่ละชุดไม่
ซ ้ากันโดยที่ค่า n, l, ml, ms จะเป็ นตัวกาหนดพลังงานของ
อิเล็กตรอนตัวนัน้
เลขควอนตัมหลัก
n เรี ยกว่า Principle quantum number (เลขควอนตัมหลัก)
บอกให้ ทราบถึงระดับพลังงานหลักของอิเล็กตรอนตัวนันๆ
้
n มีคา่ ได้ ตงแต่
ั ้ 1,2,3,...
ค่า n ยิ่งสูงแสดงว่าอิเล็กตรอนอยูห่ า่ งจากนิวเคลียสและมี
พลังงานสูงขึ ้น
เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม
l เรี ยกว่า Angular momentum quantum number
(เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม) หรื อ Orbital quantum
number(เลขควอนตัมออร์ บิทลั )หรื อ Azimuthal quantum
number (เลขควอนตัมแอซิมิวทัล)
ค่า l มีความสัมพันธ์กบั โมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน เมื่อ
กาหนด n เป็ นค่าหนึง่ แล้ ว l จะมีคา่ เป็ นเลขจานวนเต็มตังแต่
้
0, 1, 2 ,........., n-1
เช่ น ถ้ า n = 3 ค่ า l จะมีได้ เป็ น 0, 1, 2
ถ้ าค่า l สูงแสดงว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยโมเมนตัม
เชิงมุมสูงและมีพลังงานสูงค่า l บอกให้ ทราบถึงระดับพลังงาน
ย่อยของอิเล็กตรอนและบอกให้ ทราบถึงรูปร่างของออร์ บิทลั ที่
บรรจุอิเล็กตรอนตัวนัน้
ใช้ สญ
ั ลักษณ์แทนค่า l ดังนี ้
l = 0 เรี ยกว่ า s
l = 1 เรี ยกว่ า p
l = 2 เรี ยกว่ า d
l = 3 เรี ยกว่ า f
l = 4 เรี ยกว่ า g (ยังไม่ พบ
อิเล็กตรอนในออร์ บทิ ลั นี)้
เลขควอนตัมแม่ เหล็ก
ml เรี ยกว่า Magnetic quantum number
(เลขควอนตัมแม่เหล็ก)
การเคลื่ อ นที่ ข องอิ เ ล็ ก ตรอนรอบนิ ว เคลี ย สเหมื อ น
กระแสไฟฟ้า (กระแสอิเล็กตรอน) วิ่งเป็ นวงซึ่งจะทาให้ เกิด
สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนาขึ ้น ดังนันอิ
้ เล็กตรอนที่ อยู่ในอะตอม
จะมี สมบัติ ของความเป็ นแม่เหล็กและมี พลังงานเป็ นชุด ๆ
โดยแต่ละชุดจะมีพลังงานเท่ากันแต่จะมีพลังงานแตกต่างกัน
ถ้ าอยูใ่ นสนามแม่เหล็กภายนอก
ml ขึ ้นกับค่า l โดยจะมีคา่ ระหว่าง l และ -l เช่น
l = 0 (s) ml มีได้ 1 ค่ า คือ 0
l = 1 (p) ml มีได้ (2 x 1) + 1 = 3 ค่ า คือ +1, 0,-1
l = 2 (d) ml มีได้ (2 x 2) + 1 = 3 ค่ า คือ +2, +1,
0,-1, -2
l = 3 (f) ml มีได้ (2 x 3) + 1 = 3 ค่ า คือ +3, +2, +1,
0,-1, -2,-3
เมื่อ l ค่าเดียวกัน ระดับพลังงานของ ml จะแตกต่าง
กันในสนามแม่เหล็กภายนอก ตัวอย่างเช่น l = 1 (p) ml มี
ค่าได้ 3 ค่า คือ +1, 0,-1
ในสนามแม่เหล็กภายนอกระดับพลังงานจะแตกต่าง
กัน และมีคา่ เรี ยงกันจากน้ อยไปมากดังนี ้ +1, 0, -1
เลขควอนตัมสปิ น
ms เรี ยกว่ า Spin quantum number (เลขควอนตัมสปิ น)
ms เกี่ยวข้ องกับโมเมนตัมเชิงมุมภายในของอิเล็ กตรอน
เนื่ อ งจากอิ เ ล็ก ตรอนมี ส ปิ น หรื อ การหมุน รอบแกนตัว เอง
อิเล็กตรอนซึง่ เป็ นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหมุนรอบแกนตัวเอง
อิเล็กตรอนก็จะเหมือนแท่งแม่เหล็กเล็กๆ
เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอกจะมีการจัดตัว เป็ นสอง
แบบที่ต่างกัน คือ สปิ นขึ ้น (spin up) และสปิ นลง (spin
down) จึงทาให้ ms มีคา่ ได้ 2 ค่า คือ +1/2 และ -1/2
อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะมีเลขควอนตัมทัง้ สี่ชนิ ดนีเ้ ป็ นชุด
หนึ่งชุดใด โดยเฉพาะที่ไม่ซ ้ากัน เลขควอนตัมแต่ละชุดนัน้
จะตรงกับฟั งก์ ชันคลื่นของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็ นสิ่ งกาหนด
สถานะและพลังงานของอิเล็กตรอนแต่ละตัว
ตารางแสดงเลขควอนตัมของอิเล็กตรอน ในระดับn = 1 และ n = 2
n
ระดับ
พลังงาน
n=1 1
1
n=2
2
2
2
2
2
2
2
2
l
m1
Ms
ชนิดของออร์ บิทลั
0
0
0
0
+1/2
-1/2
อิเล็กตรอน 2 ตัวอยูใ่ น
ออร์ บิทลั s
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
+1
+1
0
0
-1
-1
+1/2
-1/2
+1/2
-1/2
+1/2
-1/2
+1/2
-1/2
อิเล็กตรอน 2 ตัวอยูใ่ น
ออร์ บิทลั s
อิเล็กตรอน 6 ตัวอยูใ่ น
ออร์ บิทลั p
จากตารางจะเห็นว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวมีเลขควอนตัม
ทังสี
้ ่ (n, l, ms, ms) ไม่เหมือนกันหมดทุกค่า จะเหมือนกัน
มากที่สดุ 3 ค่า
ออร์ บทิ ลั อะตอม
ออร์ บิทลั คือ บริ เวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนตัวหนึง่ ตัว
ใดมากที่สดุ หรื อบริ เวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอน
มากที่สดุ
การพิจารณาวงโคจรของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอาจ
แยกได้ เป็ น 2 ส่วน คือส่วนเชิงรัศมีและส่วนเชิงมุม
จากการแก้ สมการคลื่น หาฟั งก์ ชันคลื่นในส่วน
เชิงรัศมี Rn,l(r) เมื่อยกกาลังสองของฟั งก์ชนั คลื่นใน
ส่วนเชิงรัศมี Rn, l(r) ]2 ย่อมหมายถึงโอกาสที่จะพบ
อิ เ ล็ก ตรอนหรื อ ความหนาแน่ น ของอิ เ ล็ก ตรอนรอบๆ
นิวเคลียสที่หา่ งจากนิวเคลียส r
1s, 2p และ 3d ไม่มี node แต่ 2s และ 3p มี 1 node (node
คือ บริ เวณที่โอกาสพบอิเล็กตรอนเป็ นศูนย์) 2s และ 3p มี 1
node ส่วน 3s มี 2 node สาหรับอิเล็กตรอนทีมีคา่ n สูงๆ
โอกาสพบอิเล็กตรอนจะอยูห่ า่ งจากนิวเคลียสมากขึ ้น ถ้ า n
เท่ากัน บริ เวณใกล้ นิวเคลียส โอกาสพบอิเล็กตรอนของออร์
บิทลั s > p >dจากกราฟจะเห็นว่าบริ เวณใกล้ นิวเคลียส
โอกาสพบอิเล็กตรอนของ 2s > 2p และ 3s>3p>3d
และจากฟั งก์ ชัน คลื่ น ในส่วนเชิ งมุม Yl , ml(q,f)
ก็
เช่ น เดี ย วกั น ก าลั ง สองของฟั งก์ ชั น คลื่ น ในส่ ว นเชิ งมุ ม
[ Yl , ml(q,f)]2 จะหมายถึง โอกาสพบอิเล็กตรอนหรื อความ
หนาแน่นของอิเล็กตรอนในทิศทางหนึง่ ๆ (มุมqและf ค่าหนึง่ )
พบว่า เฉพาะ s
ออร์ บิ ทัล (l=0) เท่า นัน้ ที่ โ อกาสพบ
อิ เ ล็ก ตรอนจะเท่า กัน หมด ไม่ว่า มุม qและfจะเป็ นเท่ า ใด
ส่วน p,d และ f ออร์ บิทลั โอกาสพบอิเล็กตรอนจะต่างกันเมื่อ
qและf ต่างกัน
สรุปรูปร่างของออร์ บิทลั อะตอมที่ได้ จาก [ Rn,l .(r)]2
และ [ Yl , ml(q,f)]2 ที่ระยะและทิศทางต่าง ๆ จากนิวเคลียส
เป็ นดังนี ้
ออร์ บิทลั s
ออร์ บิทลั p
ออร์ บิทลั d
ออร์ บทิ ลั S
เนื่ อ งจากส่ ว นเชิ ง มุม ในกรณี ที่ l=0 เป็ นเลขคงที่ คื อ 1
แสดงว่าการกระจายของอิเล็กตรอนเหล่านี ไ้ ม่ขึน้ กับ ทิศทาง
หรื อกล่าวได้ ว่าเป็ นการกระจายแบบทรงกลม (คือ เหมือนๆ
กันหมดทุกๆ ทิศทาง) แต่ถ้า n มีค่าต่างกันการกระจายของ
อิเล็กตรอนที่ระยะต่างๆ จากนิวเคลียสจะแตกต่างกันด้ วย ดัง
จะเห็นได้ ว่าสาหรับ 1s ฟั งก์ชนั เข้ าใกล้ ศนู ย์เมื่อ r มีคา่ มาก แต่
สาหรับ 2s ฟั งก์ชนั จะเป็ นศูนย์ครัง้ แรกที่ r = 2/k และเข้ าใกล้
ศูนย์อีกเมื่อ r มีคา่ มากๆ (เพราะเทอม e-kr)
s-orbital
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
ออร์ บทิ ลั p
เนื่องจาก l = 1 ml จึงมีได้ 3 ค่า (ตามกฎ 2l+1) คือ +1,
-1 และ 0 จากลักษณะของฟั งก์ชนั จึงนิยมเรี ยกออร์ บิ ทลั ทัง้
สามว่าเป็ น px(ฟั งก์ชนั คือ x/r) py(y/z) และ pz(z/r) ไม่ว่าจะ
เป็ นออร์ บิ ทั ล ชนิ ด ใด ฟั งก์ ชั น ส่ ว นเชิ ง มุ ม จะเป็ นศู นย์ ที่
จุดเริ่ มต้ น (คือที่ x=0, y=0 และ z=0) และเมื่อลงจุดฟั งก์ชนั ทัง้
สามแบบออกมาจะได้
รูปร่างต่างๆ ของ p-orbital
Py
Px
2 มิติ
Pz
3 มิติ
px
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวตามแนวแกน x
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
py
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวตามแนวแกน y
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
pz
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวตามแนวแกน z
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
เราเรี ยกบริ เวณภายในรูปทรงแต่ละข้ างของแกนว่า lobe ซึง่ มี
เครื่ องหมายตามฟั งก์ชนั เช่น สาหรับ px-orbital ซึง่ มีฟังก์ชนั
เป็ น x/r เมื่อ x เป็ นค่าบวกหรื อลบฟั งก์ชนั ก็เป็ นบวกหรื อลบ
ตามไปด้ วย (เครื่ องหมายนี ้ไม่เกี่ยวกับประจุ) เช่นเดียวกับส่วน
เชิงรั ศมี ถ้ าเราสนใจการกระจายของอิเล็กตรอน เราด้ องนา
Y( q,f ) สาหรับ p -orbital มายกกาลังสอง จะได้ รูปร่างใน 2
มิติ และ 3 มิติ ดังรูป
รู ปแสดงลักษณะของ p-orbital ใน 2 มิติ และ 3 มิติ
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
ความหมายทางฟิ สกิ ส์คือ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนใน
lobe ทังสองไม่
้
เป็ นศูนย์ (ถ้ านอกบริ เวณแล้ วจะมีโอกาสน้ อย
ยิ่งจนแทบเป็ นศูนย์) แต่การกระจายของอิเล็กตรอนที่จดุ ต่างๆ
ภายใน lobe อาจไม่เท่ากัน (ขึ ้นอยูก่ บั ฟั งก์ชนั R2(r) ด้ วย)
ขอให้ สงั เกตว่าโอกาสที่จะพบพวก p อิเล็กตรอนที่นิวเคลียส
นันเป็
้ นศูนย์
ออร์ บทิ ลั d
เป็ นออร์ บิทลั สาหรับอิเล็กตรอนที่มีคา่ l = 2 ซึง่ ทาให้
มีค่า ml ได้ ทงหมด
ั้
5 ค่าด้ วยกัน คือ +2, +1, 0, -1 และ -2
นิยมเรี ยกชื่อแตกต่างกันว่าเป็ น d x2-y2, d z2, dxy, dxz และ
dyz
รู ปร่ างต่ างๆ ของ d-orbital
dxy
dxz
dyz
dx2 – y2
dz2
dxy
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวระหว่างแกน x และ แกน y
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
dyz
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวระหว่างแกน y และ แกน z
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
dxz
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวระหว่างแกน x และ แกน z
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
dx2-y2
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวตามแนวแกน x และ แกน y
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
dz2
กลุม่ อิเล็กตรอนวางตัวตามแนวแกน z
ที่มา www.bwc.ac.th/stuchem44/m4/pp03/page8.htm#ao
ระดับพลังงานของออร์ บทิ ลั อะตอม
หลักของเพาลี (Pauli Exclusion
Principle)
ระดับพลังงานของออร์ บิทลั
อะตอม
การจัดเรี ยงอิเล็กตรอนในอะตอม (Electron
Configuration)
หลักของเพาลี
หลัก นี ก้ ล่า วว่ า ไม่ มี อิ เ ล็ ก ตรอนคู่ห นึ่ ง คู่ ใ ดในอะตอม
เดียวกัน ที่มีเลขควอนตัมทังสี
้ ่เหมือนกันทุกประการ
หลั ก นี บ้ ่ ง ว่ า ในแต่ ล ะอะตอมมิ ก ออร์ บิ ทั ล เรามี
อิเล็กตรอนได้ อย่างมากที่สดุ 2 ตัว โดยที่แต่ละตัวต้ องมีสปิ น
ต่างกัน อิเล็กตรอนคูห่ นึ่งอาจมี n, l, ml เหมือนกันหมด (ซึง่
แปลว่าอยูใ่ นออร์ บิทลั เดียวกัน) ได้ ตราบเท่าที่เลขควอนตัม
สปิ นต่างกัน
ระดับพลังงานของออร์ บทิ ลั อะตอม
ระดับพลังงานของออร์ บิทัลอะตอมจะเพิ่มตามค่ า n
สาหรับค่า n เดียวกันระดับพลังงานของออร์ บิทลั อะตอมจะ
ขึ ้นกับค่า l ด้ วย
เช่น ถ้ า n=3 พลังงานจะเรี ยงจากน้ อยไปมากดังนี ้ 3s
< 3p < 3d สาหรับออร์ บิทลั p จะมี 3 ออร์ บิทลั คือ px, py
และ pz มีระดับพลังงานเท่ากัน ส่วนออร์ บิทลั d จะมี 5 ออร์
บิทลั คือ dx2 - dy2, dz2, dxy, dyz, dxz มีระดับพลังงานเท่ากัน
เรี ย กปรากฏการณ์ ที่ ห ลายฟั ง ก์ ชัน คลื่ น มี ร ะดับ พลั ง งาน
เท่ากันว่า degeneracy
l = 0 (ออร์ บทิ ลั s) ml = 0 ไม่ มี degeneracy
l = 1 (ออร์ บทิ ลั p) ml = +1, 0, -1 ไม่ มี degeneracy
l = 2 (ออร์ บทิ ลั d) ml = +2, +1, 0, -1, -2 ไม่ มี degeneracy
เมื่อระดับพลังงานหลักมีค่าเท่ากัน ระดับพลังงานย่อย
จะเรี ยงกันจากน้ อยไปมาก คือ s < p < d < f เช่น ในระดับ
n=3 3s < 3p < 3d เมื่อ n = 1 และ 2 การเรี ยงของระดับ
พลังงานจะเป็ นไปตามระดับพลังงานหลัก เมื่อ n มีค่าสูงขึ ้น
ไป(ตังแต่
้ n = 3) จะมีการซ้ อนกันของระดับย่อย เช่น 4s มี
ระดับพลังงานต่ากว่า 3d และ 5s ต่ากว่า 4d เป็ นต้ น เมื่อ n มี
ค่าสูงขึ ้นๆ ความแตกต่างระหว่างพลังงานใน
ระดับย่อยต่างๆ จะยิ่งน้ อยลงๆ
การจัดเรี ยงอิเล็กตรอนในอะตอม
ใช้ หลักอาฟบาว (Aufbau principle) ในจัดเรี ยง
อิเล็กตรอนในอะตอมซึง่ สรุปได้ ดงั นี ้
1. ใช้ หลักของเพาลี ในการบรรจุอิเล็กตรอน คือ ในแต่
ละออร์ บิทลั จะบรรจุอิเล็กตรอนได้ อย่างมากที่สดุ 2 ตัว (มีสปิ น
ต่างกัน)
ใช้ เครื่ องหมาย
แทน อิเล็กตรอนที่มีสปิ นขึ ้น (spin up)
ใช้ เครื่ องหมาย
แทนอิเล็กตรอนที่มีสปิ นลง (spin down)
ใช้ เครื่ องหมาย
แทนอิเล็กตรอนเดี่ยวในออร์ บิทลั
ใช้ เครื่ องหมาย
แทนอิเล็กตรอนคูใ่ นออร์ บิทลั
2. บรรจุอิเล็กตรอนในออร์ บิทลั ที่มีระดับพลังงานต่าสุด
ที่ยงั ว่างก่อน (เรี ยงลาดับออร์ บิทัลตามลูกศรในรู ป) จนครบ
จ านวนอิ เ ล็ ก ตรอนทั ง้ หมดในอะตอมนั น้ การจั ด เรี ยง
อิเล็กตรอนแบบนี ้จะทาให้ อะตอมมีสถานะเสถียรที่สุ ดเพราะ
พลังงานรวมทังหมดของอะตอมมี
้
คา่ ต่าสุด
www.bwc.ac.th/stuchem 44/ m4 / pp03// page.htm # Config
การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์ บิทลั ที่มีระดับพลังงาน
เท่ากันเช่นออร์ บิทลั d จะใช้ กฎของฮุนด์ (Hund's rule) คือ"
การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์ บิทลั ที่มีระดับพลังงานเท่ากัน จะ
บรรจุในลักษณะที่ทาให้ มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สดุ " การบรรจุ
อิเล็กตรอนที่ทกุ ๆออร์ บิทลั มีระดับพลังงานเป็ น degenerate(
ระดับพลังงานเท่ากัน)ทุกออร์ บิทลั อาจมีอิเล็กตรอนอยูเ่ ต็ม (2
อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์ บิทลั ) หรื อมีอิเล็กตรอนอยูเ่ พียงครึ่งเดียว
(1 อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์ บิทลั )
เช่น
เรี ยกว่ า การบรรจุเต็ม
Ne : 1s2, 2s2, 2p6
N : 1s2, 2s2, 2p3
เรี ยกว่า การบรรจุครึ่ง
โครงแบบอิเล็กตรอนแบบบรรจุเต็มจะเสถียรกว่าแบบบรรจุ
ครึ่งและแบบบรรจุครึ่งก็จะเสถียรกว่าแบบอื่นๆ
เช่น
2p6เสถียรกว่า 2p3
2p3เสถียรกว่า 2p4
3d10เสถียรกว่า 3d9
ตัวอย่าง ใช้ หลักเอาฟบาวเขียนโครงแบบอิเล็กตรอน สาหรับ15p
วิธีทา บรรจุอิเล็กตรอนในออร์ บิทลั ต่างๆ ตามระดับพลังงานดังนี ้
3p
3s
2p
2s
1s
จากแผนภาพข้ า งต้ น น ามาเขี ย นโครงแบบอิ เ ล็ ก ตรอนตาม
ระดับพลังงานในออร์ บิทลั ที่เพิ่มขึ ้นได้ เป็ นดังนี ้
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
และทานองเดียวกันเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนใน 18Ar และ
19K ได้ ดงั นี ้
2 2s2 2p6 3s2 3p6
Ar
1s
18
2 2s2 2p6 3s2 3p64s1
K
1s
19
การเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนอาจเขียนย่อให้ สั น้
ลง โดยแยกส่ ว นที่ เ ป็ นโครงแบบของแก๊ สมี ส กุ ล
(nobel gas) ไว้ ในวงเล็บ ดังนี ้
19K [Ar] 4s 1
ตัวอย่าง เขียนโครงแบบอิเล็กตรอนของ 24Cr
1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s13d5
หรื อเขียนเป็ น
1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d54s1
สาหรับ29Cu ก็จะมีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็ น
1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s1
หรื อเขียนเป็ น
1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d94s2
ทังนี
้ ้เนื่องจากการจัดเป็ น filled configuration จะเสถียรกว่า
ตารางแสดงโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ
เลขอะตอมมิก
1
2
3
4
5
ธาตุ
H
[He]
Li
Be
B
โครงแบบอิเล็กตรอน
1s1
1s2
[He] 2s1
[He] 2s2
[He] 2s2 2p1
เลขอะตอมมิก
6
7
8
9
10
ธาตุ
C
N
O
F
Ne
โครงแบบอิเล็กตรอน
[He] 2s2 2p2
[He] 2s2 2p3
[He] 2s2 2p4
[He] 2s2 2p5
[He] 2s2 2p6
การเสี ย อิ เ ล็ ก ตรอนท าให้ อิ เ ล็ก ตรอนเปลี่ ย นไปเป็ น
ไอออนบวกอิ เ ล็ก ตรอนจะหลุด จากระดับ ย่ อ ยที่ มี พ ลัง งาน
สูงสุดของระดับซึง่ มีคา่ n เป็ นค่าสุงสุดของอะตอมนัน้
เช่น 33As มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็ น
1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s24p3
เมื่อเสียอิเล็กตรอนไป 3 ตัว จะเป็ น As3+ อิเล็กตรอนทัง้ 3 ตัว
ใน 4p จะหลุดออกไปเหลือโครงแบบอิเล็กตรอนของ As3+
เป็ น
1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s2
สสารประกอบด้ วยอนุภาคที่เล็กที่สดุ เรี ยกว่ า อะตอม
เนื่ องจากอะตอมส่วนมากมีโครงสร้ างที่ เสถี ยร อะตอมจึง
เป็ นองค์ ป ระกอบของทุ ก สิ่ ง ในจั ก รวาล และมี อ ะตอม
มากกว่า 100 ชนิด ที่ประกอบด้ วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
โครงสร้ างอะตอม
ตรงกลางหรื อนิวเคลียสของอะตอมมี โปรตอน ซึง่ มี
ประจุบวก และนิวตรนอ ซึง่ ไม่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุลบ
เรี ยกว่า อิเล็กตรอน ซึง่ จะโคจรอยูร่ อบๆนิวเคลียส ในแต่ละ
ชันหรื
้ อเซลล์
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
เลขนิวคลีออน
จานวนโปรตอน และนิวตรอนทั้งหมดในนิวเคลียส คือ เลข
นิวคลีออนของอะตอม อะตอมสามัญที่สุดของคาร์บอน มี 6
โปรตอน และ 6 นิวตรอน จึงเรี ยกว่า คาร์บอน -12
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ไอโซโทป
อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ประกอบด้ วยจานวนโปรตอน
เท่ากัน แต่ธาตุบางชนิดอาจจะมีจานวนนิวตรอนต่างกัน
เรี ยกธาตุนนว่
ั ้ า ไอโซโทป ไอโซโทปคาร์ บอน -14 มีนิวตรอน
มากกว่า ไอโซโทปของ คาร์ บอน -12 อยู่ 2 นิวตรอน
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ควาร์ ก
นิวตรอน และโปรตอน ประกอบด้ วยอนุภาคที่เล็กกว่า
เรี ยกว่า ควาร์ ก ซึง่ เกาะติดกันเป็ นอนุภาคเล็กๆ ที่เรี ยกว่า กลู
ออน "ดาวน์" ควาร์ ก มีประจุหนึง่ ในสามของประจุลบ และ
"อัป"ควาร์ ก มีประจุลบ สองในสามของปนะจุบวก
กัมมันตภาพรั งสี
นิวเคลียสของอะตอมบางชนิดมีกมั มันตภาพรี งสี
หมายความว่าอะตอมไม่เสถียร และจะสลายในเวลาต่อไป
ธาตุสว่ นใหญ่ที่มีรูปที่ไม่เสถียรเรี ยกว่า ไอโซโทป
กัมมันตภาพรังสี ขณะที่ธาตุสลายตัวจะแผ่รังสีสามชนิดคือ
รังสีแอลฟา รังสีเบตา รังสีแกมมา และการแผ่รังสีอาจเป็ น
อันตรายได้
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
รั ง สีแ อลฟา เป็ นลาแสงของอนุภ าคที่ มี ป ระจุบ วก ซึ่ง
ประกอบด้ วย 2 โปรตอน และ 2 นิวตรอน รังสีเบตา เป็ น
ลาแสงของอิเล็กตรอน ส่วนรังสีแกมมาเป็ นคลื่นแม้ เหล็ก
ไฟฟ้าที่มีอานาจทะลุทะลวงสูงสุดในการแผ่รังสี
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ขณะที่นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสลายตัว
จานวนอนุภาคของมันที่มีอยู่จะลดลง และกลายเป็ นธาตุ
ต่ า งชนิ ด กระบวนการด าเนิ น ต่ อ เนื่ อ ง จนในที่ สุด จะได้
นิวเคลียสที่เสถี ยร ลาดับเช่นนี เ้ รี ยกว่า อนุ กรมของการ
สลายตัว
ครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตภาพรั งสี
เ ว ล า ที่ ใ ช้ ไ ป ค รึ่ ง ห นึ่ ง ข อ ง นิ ว เ ค ลี ย ส ข อ ง ส า ร
กัมมันตภาพรังสี ในการสลายตัวเรี ยกว่า ครึ่งชีวิต ของสารนัน้
ในแต่ละช่วงของครึ่ งชีวิต สารกัมมันตภาพรั งสี จะสลายตัว
ครั ง้ แรกครึ่ งหนึ่ง และอีกหนึ่งในสี่ และต่อๆไป ครึ่ งชีวิตของ
สารกัมมันตภาพรังสีแต่ละชนิดนันต่
้ างกัน
ไอโซโทป
ยูเรเนียม -238
คาร์ บอน -14
โคบอลต์ -60
เรดอน -222
อูนนิลควอเดียม-105
ครึ่งชีวิต
4500 ล้ านปี
5570 ปี
5.3 ปี
4 วัน
32 วินาที
ชนิดการสลาย
แอลฟา
เบตา
แกมมา
เบตา
แกมมา
แม้ ว่ า การแผ่ รั ง สี เ ป็ นอัน ตราย แต่ ก็ ยัง มี ป ระโยชน์
ในทางการแพทย์ คือใช้ ฆ่าเชือ้ โรคในเครื่ องมือ และใช้
ฆ่าเซลล์มะเร็งได้
แอนโทนี เฮนรี เบกเคอเรล นักฟิ สิกส์ชาวฝรั่งเศส ได้
ค้ นพบกัมมันตภาพรังสี เมื่อ ปี ค.ศ. 1896
อะตอมเป็ นพลังงานไฟฟ้าเล็กๆ พลังงานนี ้มาจากแรงที่
ยึ ด อนุภ าคที่ ศูน ย์ ก ลาง หรื อ นิ ว เคลี ย สอขงอะตอม เมื่ อ
นิวเคลียสของอะตอมแตกออก (ฟิ สชัน) หรื อเมื่อนิวเคลียส
2 ตั ว มารวมกั น (ฟิ วชั่ น ) จะปล่ อ ยพลั ง งานนิ ว เคลี ย ร์
มหาศาลออกมา เครื่ องปฎิกรณ์ ปรมณูใช้ พลังงานนี ใ้ นการ
ผลิตกระแสไฟฟ้า
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ฟิ สชัน เกิดขึ ้นในไอโซโทปของ โลหะหนักบางชนิ ด
เช่ น ยูเ รเนี ย ม และ พลูโ ตเนี ย ม เมื่ อ ยิ ง นิ ว ตรอนไปที่
นิ ว เคลี ย ส มัน จะแตกออก ให้ ค วามร้ อนและนิ ว ตรอน
เพิ่มขึ ้น นิวตรอนจะชนนิวเคลียสอื่นๆ ทาให้ เ กิดปฏิกิริยา
ลูกโซ่ของฟิ สชัน
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ในใจกลางเครื่ อ งปฏิ ก รณ์ ฟิ สชัน เมื่ อ แท่ ง เชื อ้ เพลิ ง
ยูเรเนียม -235 ถูกยิงด้ วยนิวตรอน จะเกิดปฏิกิริย าลูกโซ่
และมีความร้ อนออกมา เครื่ องหมุนน ้าเย็น จะนาความ
ร้ อนที่เกิดไปยังเปลี่ยนความร้ อน เพื่อใช้ ผลิต ไอน ้าส่งกาลัง
ให้ กาเนิดไฟฟ้า
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
ฟิ วชันเกิ ดขึน้ กับ ไอโซโทปเท่า นัน้ เช่น ไฮโดรเจน ที่
อุณหภูมิสงู นิวเคลียสของไฮโดรเจนเคลื่อนที่อย่ างรวดเร็ ว
และชนกันและกัน มีนิวเคลียสของฮีเลียมเกิดขึน้ และมี
ความร้ อน และนิวตรอนจะปล่อยออกมา
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
เครื่ องปฏิกรณ์ฟิวชัน ที่ใช้ การได้ ยังไม่ได้ สร้ างขึ ้น เครื่ อง
ปฎิกรณ์ทดลอง "โทกาเมค" มีหลอดทดลองกลม หรื อ "โทรัส"
ฟิ วชันเกิดขึน้ ในหลอดทดลอง เมื่อเผาพลาสมาไฮโดรเจนที่
อุ ณ หภู มิ สู ง มาก แม่ เ หล็ ก ไฟฟ้ าก าลั ง แรง จะเป็ นที่ กั ก
พลาสมา
http://www.baanjomyut.com/library/atom/
อานาจที่รุนแรงของอาวุธนิวเคลียร์ มาจากปฎิกิ ริยาฟิ ส
ชัน หรื อ ฟิ วชัน ปฎิกิริยาในลูกระเบิดเปลี่ยนปริ มาณมวล
สารจานวนเล็กน้ อย ให้ เป็ นพลังงานมหาศาลในการทาลาย
ล้ าง
เครื่ อ งปฎิ ก รณ์ นิ ว เคลี ย ร์ เครื่ อ งแรกของโลก สร้ างใน
สหรัฐอเมริ กา โดยนักฟิ สิกส์ ชือ เอนริ โก เฟอร์ มิ เมื่ อ ค.ศ.
1942
นิวเคลียร์ ฟิวชันเกิดในใจกลางดวงอาทิตย์ และดาวฤกษ์
ดวงอื่นๆ
แบบทดสอบท้ ายบท
1. ข้ อใดกล่าวผิด
1.
2.
3.
4.
โปรตอนมีประจุไฟฟ้าเป็ นบวก
อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็ นลบ
นิวตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็ นกลาง
อิเล็กตรอนอิสระมีประจุไฟฟ้าเป็ นบวก
2. สิง่ ที่แสดงว่าอะตอมของธาตุหนึง่ แตกต่างจากอะตอม
ของอีกธาตุหนึง่ คืออะไร
1.
2.
3.
4.
เลขมวล
จานวนวาเลนซต์อิเล็กตรอน
จานวนโปรตอน
จานวนนิวตรอน
3. ข้ อใดเป็ นข้ อมูลที่ทาให้ นกั วิทยาศาสตร์ สรุปว่า
อะตอมมีโปรตรอนที่มีขนาดเล็ก มากแต่มีมวลมาก
1. รังสีบวกจากก๊ าซต่างๆ มีอตั ราส่วนประจุ/มวล
ไม่คงที่
2. อนุภาคแอลฟาที่ทลุ แุ ละสะท้ อนกลับอย่างแรง
3. จานวนอนุภาคแอลฟาที่ทะลุผา่ นมีปริ มาณมาก
4. จานวนอนุภาคแอลฟาที่สะท้ อนกลับอย่างแรงมี
มีปริ มาณน้ อย
4. ความแตกต่างของแบบจาลองอะตอมของทอมสันและ
รัทเทอร์ ฟอร์ ด คือข้ อใด
1.
2.
3.
4.
ชนิดของอนุภาคที่อยูใ่ นอะตอม
ตาแหน่งของอนุภาคที่อยูใ่ นอะตอม
จานวนอนุภาคที่อยูใ่ นอะตอม
ขนาดของอนุภาคที่อยูใ่ นอะตอม
5. ข้ อความใดถูกต้ อง
1. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีจานวนนิวตรอน
เท่ากัน
2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีมวลเท่ากัน
3. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีจานวนอิเล็กตรอน
เท่ากัน
4. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีเลขอะตอมเท่ากัน
6. อนภาคซึง่ มีประจุบวกในหลอดรังสีแคโทด
จากการทดลองของทอมสัน เกิดจากอะไร
1. เกิดจากโลหะที่เป็ นขัวไฟฟ
้ ้ าและก๊ าซในหลอด
2. เกิดจากก๊ าซที่บรรจุในหลอดนันอย่
้ างเดียว
3. เกิดจากโลหะที่เป็ นขัวไฟฟ
้ ้ าบวกเท่านัน้
4. เกิดจากโลหะที่เป็ นขัวลบเท่
้
านัน้
7. ระดับพลังงานย่อยใดต่อไปนี ้ที่มีพลังงานต่าสุด
1.
2.
3.
4.
4f
4p
4s
4d
8. อะตอมใดที่มีการจัดเรี ยงตัวของอิเล็กตรอน
ดังต่อไปนี ้ มีคา่ พลังงานไอออไนเซชันลาดับที่ 1
สูงที่สดุ
1.
2.
3.
4.
(Ne)
(Ne)
(Ne)
1s2
3s2
3s2
3s2
2s2
3p2
3p3
3p2
2p2
9. ข้ อใดเกิดสเปกตรัมของธาตุ
1. อะตอมคายพลังงานจากระดับพลังงานสูงไปต่า
2. อิเล็กตรอนเคลื่อนย้ ายจากระดับพลังงานต่าไปสูง
แล้ วคายพลังงาน
3. อะตอมคายพลังงานจากระดับพลังงานต่าไปสูง
4. ผิดทุกข้ อ
10. สเปคตรัมของอะตอมสามารถบอกสิ่งใดได้
1. ระยะห่างเฉลี่ยจากนิวเคลียสของแต่ละ
อิเล็กตรอนในอะตอม
2. จานวน p ในนิวเคลียสของอะตอม
3. พลังงานที่แตกต่างในระดับพลังงาน
คูห่ นึง่ ภายในอะตอม
4. พลังงานไอออไนเซชันของอะตอม
เฉลยแบบทดสอบท้ ายบท
1. 4
2. 3
3. 4
4. 2
5. 4
6. 2
7. 3
8. 4
9. 4
10. 4
สิน้ สุดการนาเสนอ