อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ฟสกสอะตอม

โดย

ครเทวญ ดจรส

กศ.บ.วทยาศาสตรฟสกส

วท.ม.การศกษาวทยาศาสตร

ทฤษฎอะตอม (Atomic Theory)

„ ผเสนอคนแรก คอ ดโมครตส (Democritus)

กลาววา สสารทงหลายประกอบดวยหนวยทเลกทสด เรยกวา อะตอม (Atom) แปลวา ไมสามารถแบงแยกได

• ผคดคานทฤษฎอะตอมของดโมครตส คอ อรสโตเตล (Aristotle) เสนอวา สสารทกอยางแบงไดไมมทสนสด ประกอบดวยธาตแท 4 อยาง คอ ดน น า ลม ไฟ และไมมทวาง

จอหน ดาลตน (John Dalton) สนบสนนแนวความคดของ ดโมครตส

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

การคนพบอเลกตรอน จากการทดลองของไกสเลอร

และวลเลยมครกส

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

เกดการเรองแสงสเขยวภายในหลอด ไกสเลอร ประดษฐ เครองสบอากาศ (ท าหลอดสญญากาศได)

ครกส (Sir William Crookes) คนพบ รงสแคโทด (Cathode Ray) สามารถเดนทางเปนเสนตรง และเบยงเบนในสนามแมเหลกไดดวย

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

การทดลอง ของ เจ เจ ทอมสน

ชดทดลองของ เจ เจ ทอมสน

รงสแคโทดเคลอนทเปนแนวตรงเมอปราศจาก สนามแมเหลกและสนามไฟฟา

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

R

m vqv B

2

ถารงสแคโทดเคลอนทเปนวงกลมภายใตสนามแมเหลก B

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

q Eq v B

ถารงสแคโทดเคลอนทเปนแนวตรงภายใต สนามแมเหลก B และสนามไฟฟา E

ทอมสน (Sir Joseph John Thomson) นกฟสกสชาวองกฤษทดลองพสจนวา รงสแคโทดเปนอนภาคทมประจลบ (เบยงเบนใน

สนามแมเหลกและสนามไฟฟาได) คาประจตอมวลของรงสแคโทด (q/m) มคาเทากบ

1.76 1011 C/kg คาประจตอมวลของไฮโดรเจน (q/m) มคาเทากบ

9.57 107 C/kg

ทอมสน (Sir Joseph John Thomson) นกฟสกสชาวองกฤษทดลองพสจนวา

มวลของไฮโดรเจนอออนมากกวามวลของอนภาครงสแคโทด 1840 เทา

รงสแคโทด ตอมาเรยกวา อเลกตรอน (Electron)

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

การทดลอง ของ มลลแกน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

รอเบรต แอนดรส มลลแกน ไดทดลองหาคาประจของอเลกตรอนบนหยดน ามน (Oil drop experiment) โดยพนละอองเมดน ามนเขาไประหวางขวไฟฟาทปรบวอลเตจได แลวฉายรงสเอกซเขาไปเพอท าใหอากาศแตกตวใหอเลกตรอน เมดน ามนจะจบอเลกตรอนท าใหมประจเปนลบ

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ถายงไมตอขวไฟฟาทงสองเขากบเครองก าเนดไฟฟาเมดน ามนจะตกลงมาดวยแรงโนมถวง แตเมอตอขวไฟฟากบเครองก าเนดไฟฟาเมดน ามนจะตกชาลง ปรบคาความตางศกยใหพอเหมาะจนเมดน ามนหยดนง แสดงวาแรงดงดดเนองจากขวไฟฟาทกระท าตอหยดน ามนเทากบแรงเนองจากแรงดงดดของโลก

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

มลลแกนพบวา ประจบนหยดน ามนมคาเปนเลขจ านวนเตมคณดวย 1.60×10-19 คลอมบ เชน 1.60×10-19 คลอมป เทากบ 1 x 1.60×10-19 คลอมบ 3.20×10-19 คลอมป เทากบ 2 x 1.60×10-19 คลอมบ 4.80×10-19 คลอมป เทากบ 3 x 1.60×10-19 คลอมบ ซงเขาเชอวาตวเลข 1, 2, 3, …. คอจ านวนอเลกตรอนในหยดน ามน เนองจากคาประจ 1.60×10-19 คลอมป มคานอยทสด จงเปนประจของหยดน ามนเมอมอเลกตรอน 1 ตว

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

สรปไดวา 1 อเลกตรอนมคาประจเทากบ 1.60×10-19 คลอมบและเมอน าไปค านวณหามวลของอเลกตรอนจะไดเทากบ 9.11×10-28 กรม จากคามวลของอเลกตรอนทค านวณได มคานอยมาก ซงสามารถค านวณไดดงน ประจของอเลกตรอน 1 อเลกตรอนเทากบ 1.6×10-19 คลอมบ คา e/m = 1.76×108 คลอมบ/กรม e = 1.6×10-19 คลอมบ

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

หยดน ามนลอยนงในสนามไฟฟา

q Em g

d

Vn e

d

Vqm g

mg

qE

E -q

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

แบบจ าลองอะตอม

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

แบบจ าลองอะตอมทอมสน 1. อะตอมมลกษณะเปนกอนกลมคลายแตงโม มประจบวก

กระจายสม าเสมอคลายเนอแตงโม

2. มอเลกตรอนฝงอยกระจดกระจายคลายเมดแตงโม โดยจ านวน

ประจบวกมคาเทากบประจลบ

3. การเคลอนทของอเลกตรอนภายในเนอประจบวก จะเคลอนท

แบบซมเปลฮารโมนคและมการเปลงคลนแมเหลกไฟฟาดวย

แบบจ าลองอะตอมของทอมสน • อะตอมเปนรปทรงกลม (เสนผานศนยกลางประมาณ 10-10

เมตร) • เนออะตอมมประจไฟฟาเปนบวก • อเลกตรอนมประจไฟฟาเปนลบกระจายอยอยางสม าเสมอ

ภายในอะตอม (จดเรยงตวใหมเสถยรภาพมากทสด) • ประจไฟฟาบวกเทากบประจไฟฟาลบ (เปนกลางทางไฟฟา)

Z=1 Z=2 Z=3 Z=4 Z=5 Z=6

• รทเทอรฟอรด (Sir Ernest Rutherford) นกฟสกสชาวองกฤษ(นวซแลนด) ลกศษยของทอมสน พบวา

ในการยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนไมกาบาง ๆ อนภาคแอลฟาสามารถทะลผานแผนไมกาไปได โดยไมปรากฏรบนแผนไมกาเลย

อนภาคแอลฟามการกระเจง (scattering) นอยมาก (2-3 ตว)

เสนอแนวคดเกยวกบอะตอมวา “อะตอมมแกนกลางทมขนาดเลกมากแตมประจไฟฟาบวกอยเปนจ านวนมาก”

การทดลองของรทเทอรฟอรด

ไกเกอร (Hans W. Geiger) และ มารสเดน (Ernest

Marsden) นกวจยผชวยรทเทอรฟอรด ไดออกแบบทดลองเพอทดสอบแนวคดของรทเทอรฟอรด

รทเทอรฟอรด เสนอแบบจ าลองอะตอมขนมาใหมวา “อะตอมประกอบดวยประจไฟฟาบวกทรวมกนอดแนนอยทศนยกลางของอะตอม เรยกวา นวเคลยส (เปนทรวมของมวลเกอบทงหมดของอะตอม) โดยมอเลกตรอนเคลอนทรอบ ๆ นวเคลยสทระยะหางจากนวเคลยสมาก”

• นวเคลยสของอะตอมมเสนผานศนยกลาง 10-15 – 10-14 เมตร

• อะตอมมเสนผานศนยกลางประมาณ 10-10 เมตร • ขนาดของอะตอมมขนาดใหญกวาขนาดของนวเคลยสประมาณ 104 – 105 หรอ 1 หมน ถง 1 แสนเทา

• ปญหาของแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด เหตใดอเลกตรอนทวงวนรอบนวเคยสจงไมสญเสยพลงงานท

ปลดปลอยออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟา (อะตอมมเสถยรภาพ)

อะตอมทมอเลกตรอนจ านวนมากมการจดเรยงตวของอเลกตรอนกนอยางไร

เหตใดประจไฟฟาบวกหลาย ๆ ประจจงอยรวมกนภายในนวเคลยสได ทง ๆ ทมแรงผลกทางไฟฟา

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

เปรยบเทยบแบบจ าลองอะตอม

ดอลตน

ทอมสน

รทเทอรฟอรด

บอหร

สเปกตรมของอะตอม (Atomic Spectrum)

• สเปกตรมตอเนอง (Continuous Spectrum) คอ แถบสตาง ๆ ของแสงทเมอใชเกรตตงหรอปรซมแยกแสงสตาง ๆ ออกมาใหเหน เชน แสงจากไสหลอดไฟฟาทรอนจด โลหะรอนหรอของแขงทรอนจด

• สเปกตรมเสนสวาง (Line Spectrum)

คอ เสนสตาง ๆ ของแสงทเมอใชเกรตตงหรอปรซมแยกเสนแสงสตาง ๆ ออกมาใหเหน เชน แสงจากหลอดบรรจแกสรอนชนดตาง ๆ

• สเปกตรมเสนมด (Dark Spectrum) คอ เสนสด าทปรากฏบนแถบสของสเปกตรมตอเนอง เมอฉายแสงผานสารชนดตาง ๆ แลวสองดดวยเกรตตงหรอปรซม

• ธาตตางชนดกนจะใหชดเสนสเปกตรมหรออนกรม (series) ของสเปกตรมทไมเหมอนกน ซงเปนสมบตเฉพาะตวของแตละธาตนน ๆ

• อนกรมของสเปกตรม คอ ความยาวคลนแสงทเรยงกนเปนชดอยางมระเบยบและมความสมพนธกน

บาลเมอร (Johann Jacob Balmer) เปนครมธยมโรงเรยนสตรแหงหนงในสวสเซอรแลนด สามารถหาสตรคณตศาสตรทใชค านวณหาความยาวคลนของสเปกตรมเสนสวางของอะตอมไฮโดรเจนในชวงทมองดวยตาเปลาเหนได เรยกวา “อนกรมบาลเมอร” มทงหมด 4 เสน คอ

22

2

2nn

bเมอ b เปนคาคงตวเทากบ 364.56 nm n = 3, 4, 5 และ 6

• เมอแทนคา n=3, 4, 5 และ 6 ลงในสมการอนกรมบาลเมอร ไดความยาวคลนของสเปกตรมเสนสวางของไฮโดรเจนในชวงทตามองเหน ดงตาราง

เสนท สของเสน

สเปกตรม

n ความยาวคลน

(nm) 1

2

3

4

แดง เขยว น าเงน มวง

3 4 5 6

656.2 486.1 434.0 410.1

• รดเบรก (Johannes R. Rydberg) เขยนสตรอนกรมบาลเมอรขนมาใหม คอ

เมอ RH คอ คาคงทรดเบรก (Rydberg constant)

มคาเทากบ 1.09737 107 m-1

n คอ เลขจ านวนเตมทมคามากกวา 2

22H n

121

R1

การแผรงสของวตถด า คอ วตถทมการแผรงสและดดกลนรงสไดอยางสมบรณ (เปนวตถในอดมคต)

โพรง (cavity)

สมมตฐานของพลงค (Planck’s hypothesis)

“พลงงานทวตถด ารบเขาไปหรอปลอยออกมามคาไดเฉพาะบางคาเทานน” และคานจะเปนจ านวนเทาของ hf ซงเรยกวา “ควอนตมของพลงงาน (quantum of energy)”

n คอ เลขจ านวนเตมบวก

h คอ คาคงทของพลงค เทากบ 6.63 10-34 J.s

E = nhf

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

แบบจ าลองอะตอม ของโบร

สมมตฐานของโบร (Bohr’s hypothesis) 1. อเลกตรอนทเคลอนทเปนวงกลมรอบนวเคลยสจะมวงโคจรพเศษบางวงทอเลกตรอนไมแผคลนแมเหลกไฟฟาออกมาและมโมเมนตมเชงมมคงตว ซงมคาเปนจ านวนเทาของคามลฐานคาหนง คอ

2h

nhnmvrL

2. อเลกตรอนจะรบหรอปลอยพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาทกครงทมการเปลยนวงโคจร ซงมคาตามสมมตฐานของพลงค คอ

E เปน + ถาเปลยนจากวงนอกเขาวงใน

E เปน - ถาเปลยนจากวงในไปสวงนอก

chhfEEE nfni

ทฤษฎอะตอมของโบร รศมวงโคจรพเศษ

22

2

n nmke

r

20n nar

a0 คอ รศมโบร (Bohr radius) เทากบ 5.3 10-11 m

ความเรวของอเลกตรอนในวงโคจรพเศษ

n1ke

v2

n

nv

v 1n

v1 เทากบ 2.18 106 m/s

พลงงานรวมของอเลกตรอนในวงโคจรพเศษ

22

42

n n1emk

21

E

21

n nE

E

E1 เทากบ -21.76 10-19 J หรอ -13.60 eV

การหาพลงงานทปลดปลอยออกมาเมออเลกตรอนอะตอมไฮโดรเจนเปลยนวงโคจร

2i

2f

H n1

n1

R1

fn

เมอ ni = ชนกอนยายวงโคจร

fn

nf = ชนหลงจากยายวงโคจร

สถานะพน (ground state)

คอ สภาวะของอะตอมทอเลกตรอนอยในระดบพลงงานต าสด (มเสถยรภาพมากทสด)

สถานะกระตน (excited state) คอ สภาวะของอะตอมทอเลกตรอนอยในระดบพลงงานทสงกวาสถานะพน เมอไดรบพลงงาน

อนกรมสเปกตรมของ

อะตอมไฮโดรเจน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

สเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจน

n3 n2 n4 n2 n5 n2

n6 n2

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

พลงงานในรปโฟตอน (E) ทอะตอมดดกลนหรอปลดปลอยมความสมพนธ

กบความยาวคลนแมเหลกไฟฟา ()

)nm()eV(

1240E

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ขอสงเกตจากการหารศมและระดบ ลงงานของอะตอมไฮโดรเจน

1. ระดบพลงงานยดเหนยวอเลกตรอน ณ วงโคจรใด ๆ ยอมมคาเทากบพลงงานจลน ณ วงโคจรนน ๆ โดยมเครองหมายตรงขามกน

2. พลงงานศกยไฟฟาในแตละระดบพลงงานจะเปนสองเทาของพลงงานจลนอเลกตรอนในระดบชนนน

3. พลงงานทนอยทสดทท าใหอเลกตรอนหลดอสระเรยกวาพลงงานอออไนเซชน ซงเทากบ 13.6 eV

ความไมสมบรณของทฤษฎอะตอมของโบร „ ทฤษฎอะตอมของโบรอธบายสเปกตรมของอะตอมไฮโดรเจนได

เปนอยางด แตไมสามารถอธบายสเปกตรมของอะตอมอน ๆ ไดด „ ไมสามารถอธบายสเปกตรมของอะตอมทอยในบรเวณทม

สนามแมเหลก กลาวคอ สเปกตรมเสนหนง ๆ จะแยกออกเปนสเปกตรมหลายเสน เมออะตอมอยในบรเวณทมสนามแมเหลก

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

การทดลอง ของฟรงกและเฮรตซ

ท าการทดลองเพอพสจนทฤษฎของโบรทวา “อะตอมมระดบพลงงานเปนชน ๆ” โดยศกษาระดบพลงงานของอะตอมของไอปรอท

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

เมอท าการเรงอเลกตรอนใหชนอะตอมปรอทพบวา

ถาพลงงานของอเลกตรอนนอยกวา 4.9 eV (ความ

ตางศกยไฟฟาทใชเรงอเลกตรอนมคาต ากวา 4.9

โวลต) การชนระหวางอเลกตรอนกบอะตอมปรอท

เปนการชนแบบยดหยน แสดงวาอะตอมปรอทจะไม

รบพลงงาน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ถาเพมพลงงานของอเลกตรอนเปน 4.9 eV อะตอม

ปรอทจะเรมรบพลงงาน แสดงวาอเลกตรอนจะถาย

โอนพลงงาน 4.9 eV ใหแกอะตอมปรอท แสดงวา

อะตอมปรอทมคาขาดหวงไมตอเนอง และการท

อะตอมปรอทไมรบพลงงานทนอยกวา 4.9 eV

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

อเลกตรอนชนอะตอมไอปรอทแบบยดหยน

4.9 eV 6.7 eV 10.4 eV

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

อเลกตรอนชนอะตอมไฮโดรเจนแบบยดหยน

10.2 eV 12.09 eV 12.75 eV

-13.6 eV

-3.40 eV

-1.51 eV -0.85 eV

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

รงสเอกซ เรนตเกน (Wilhelm K. Roentgen) คนพบโดยบงเอญขณะทดลองรงสแคโทด

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

รงสเอกซแบบตอเนอง

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ขนอยกบความตางศกยทใชในการกระตนใหชน

เปาโลหะ และหาคาพลงงานไดคาเดยวคอ

คาสงสดหรอมความยาวคลนสนทสด

o

n m

r a yx eVE

1 2 4 0

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

รงสเอกซแบบเสน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ขนอยกบชนดโลหะทเปนเปา

nm

1240E

การเกดรงสเอกซแบบเสนเปนการยนยนความถกตองของทฤษฎอะตอมของโบร คอ อะตอมมระดบพลงงานเปนชน ๆ

สมบตรงสเอกซ

1. เปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความถสง 2. มอ านาจทะลทะลวงสง 3. ไมเบยงเบนในสนามไฟฟาและสนามแมเหลก

4. ท าปฏกรยากบฟลมถายรป 5. เลยวเบนไดเมอผานเขาไปในผลก

การเลยวเบนของรงสเอกซเมอผานเขาไปในโครงสรางผลก

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ทวภาพของคลนและอนภาค (Duality of wave and particle)

เฮรตซ (Heinrich R. Hertz) พบวา เมอแสงทมความยาวคลนสนหรอมความถสงตกกระทบผวโลหะ ท าใหอนภาคทมประจไฟฟาหลดออกมาจากโลหะได เรยกวา “ปรากฏการณโฟโตอเลก

ทรก”

ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (Photoelectric effect)

ปรากฏการณโฟโตอเลกทรกเปนปรากฏการณทเมอแสงความยาวคลนสน (หรอความถสง) ตกกระทบผวโลหะ จะท าใหอเลกตรอนหลดออกจากผวโลหะได (เรยกอเลกตรอนทหลดออกมานวา โฟโตอเลกตรอน ซงเปนอเลกตรอนทไดจากปรากฎการณทางแสงเทานน ไมไดหมายความวา โฟโตอเลกตรอนจะแตกตางไปจากอเลกตรอนตวอนๆ) นกวทยาศาสตรไดพยายามอธบายปรากฏการณน โดยอาศยทฤษฎทวาแสงเปนคลนพลงงานของแสงจะขนกบความเขมแสง (ความเขมแสง คอ ปรมาณพลงงานทตกตงฉากบนพนทผวหนงตารางหนวยในหนงหนวยเวลา)ดงนนเมอแสงตกกระทบอเลกตรอนในโลหะ กจะท าใหอเลกตรอนสน อเลกตรอนนนจะรบและสะสมพลงงานจากแสงจนเมอมพลงงานมากกวาพลงงานยดเหนยวของโลหะ อเลกตรอนกจะหลดออกจากผวโลหะ ยงแสงมความเขมมากเทาไร อเลกตรอนกจะหลดไดเรวและมพลงงานสง

ตอมา ทอมสน ไดวดอตราสวนประจตอมวลของอนภาคทหลดออกมาจากโลหะ พบวา มคาเดยวกบรงสแคโทด จงเชอวาอนภาคทหลดออกมาจากโลหะเปนอเลกตรอน เรยกวา “โฟโต-อเลกตรอน (Photoelectron)” และเรยกกระแสไฟฟาทเกดจากโฟโตอเลกตรอนนวา “กระแสโฟโตอเลกตรอน (Photoelectron current)”

I1 I2

f1 f2

“แสงเปนกอนของพลงงาน”

โฟตอน (Photon)

ควอนตมของพลงงาน

พลงค ไอนสไตน

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

พลงงานจลนสงสดของอเลกตรอน

WEE k ( m a x )

WEn m

k

12 40(max)

smaxK eVE

กราฟโฟโตอเลกทรก 1. Ek, f

WEE k ( m a x )

Ek

f

กราฟโฟโตอเลกทรก 1. VS, f

WEE k ( m a x )

WhfeVs

eW

feh

Vs

f

VS

พลงงานยดเหนยว

หรอฟงกชนงาน

(work function : W=hf0)

โลหะ สญลกษณ ฟงกชนงาน (eV)

ซเซยม โพแทสเซยม โซเดยม แบเรยม แคลเซยม อะลมเนยม ทองแดง เงน ทองค า แพลทนม

Cs

K

Na

Ba

Ca

Al

Cu

Ag

Au

Pt

1.8

2.2

2.3

2.5

3.2

4.2

4.5

4.7

4.8

5.6

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

2. อเลกตรอนทหลดออกมาจะพลงงานจลนมากหรอนอยขนอยกบ - ความถแสงทตกกระทบ - ชนดของโลหะ (ฟงกชนงาน, W)

1. อเลกตรอนจะหลดออกจากผวโลหะกตอเมอ - แสงทตกกระทบในรปโฟตอนมพลงงานมากกวาหรอเทากบW

3. จ านวนอเลกตรอนทหลดออกมาจะมากหรอนอยขนอยกบ - ความเขมแสง - พนทผวทแสงตกกระทบ - ระยะเวลาทแสงตกกระทบ

สรป

ปรากฏการณคอมปตน (Compton effect)

• คอมปตน (Arthur H. Compton) และดบาย (Peter Debye) ทดลองฉายรงสเอกซกระทบกบอเลกตรอนในแทงแกรไฟต ปรากฏวา มอเลกตรอนและรงสเอกซกระเจงออกมา

)cos1(cmhe

0

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

ความยาวคลนเดอบรอยล

สมมตฐานของเดอ บรอยล (De Broglie’s hypothesis)

กลาววา “ถาคลนแมเหลกไฟฟาแสดงสมบตของอนภาคได อนภาคกแสดงสมบตของคลนไดเชนเดยวกน”

• สมบตความเปนอนภาคของ คลนแมเหลกไฟฟา คอ โมเมนตม (p)

• สมบตความเปนคลนของอนภาคหรอ คลนสสาร(Matter wave) คอ ความยาวคลน ()

h

p

mvh

ความยาวคลนเดอบรอยล (De

Broglie wavelenght)

ถาอเลกตรอนซงเปนอนภาคประพฤตตว

เปนคลนแลว ควรจะมการเลยวเบนและ

มการแทรกสอดไดเชนเดยวกบรงสเอกซ

(คลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลน

ใกลเคยงกน)

การทดลองของเดวสสน (Clinton J. Davisson) และเกอรเมอร (Lester A. Germer)

ทดลองยงอเลกตรอนเขาไป

กระทบผลกนกเกล ปรากฎ

วาไดภาพการแทรกสอด

และการเลยวเบนในลกษณะ

คลายกนกบภาพทฉายดวย

รงสเอกซ

การทดลองของจ พ ทอมสน (George P. Thomson)

• ทดลองยงอเลกตรอนความเรวสงหรอรงสแคโทดผานแผนโลหะบาง เชน อลมเนยม เงนและทองค า ปรากฏวา อเลกตรอนเลยวเบนผานผลกโลหะไปแทรกสอดบนฟลมไดเหมอนกบรงสเอกซ

รงสเอกซ อเลกตรอน

อธบายสมมตฐานของโบร

“อเลกตรอนทวงวนอยรอบ ๆ นวเคลยสจะประพฤตตวเปนคลนนง” โดยมความยาวเสนรอบวงของวงโคจรพเศษเทากบจ านวนเตมเทาของความยาวคลนอเลกตรอน

nr2 n

nr2 n

nn mv

hnr2

hnrmv nn

2h

nrmv nn

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

1. โมเมนตมของแสงหรอโฟตอน

hP

2. ความยาวคลนมวลสาร

meV2h

m E2h

m vh

k

อาจารยเทวญ ดจรส ส.ส.ป.

อเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจน แสดงสมบตได 2 แบบ

- เปนอนภาค วงรอบนวเคลยสโดยมโมเมนตมเชงมม

เปน mvr

- เปนคลน ความยาวเสนรอบวงโคจรเปนจ านวนเตมเทา

ของความยาวคลนนง

nr2

กลศาสตรควอนตม (Quantum mechanics)

• ม 2 ลกษณะ ตามแบบวธทางคณตศาสตร คอ 1. กลศาสตรควอนตมแบบชเรอดงเงอร (Erwin Schrodinger)

หรอกลศาสตรคลน (Wave mechanics) มรากฐานแนวความคดจาก

มตฐานของเดอ บรอยล คอ อนภาคแสดงสมบตของคลนได กลาวคอ “ถาอเลกตรอนเปนอนภาค แตประพฤตตวแบบคลนได กควรจะม

สมการการเคลอนทเชนเดยวกบคลน”

คลนตอเนอง กลมคลน

โดยแทนอเลกตรอนดวย กลมคลน (Wave packet) เคลอนทดวยความเรวกลม (Group velocity) เทากบความเรวของอนภาค

2. กลศาสตรควอนตมแบบไฮเซนเบรก (Werner Karl

Heisenberg) หรอกลศาสตรแมทรกซ (Matrix mechanics)

หลกความไมแนนอน (Uncertainty principle)

“เราไมสามารถรถงต าแหนงและความเรวของอนภาคไดในเวลา

เดยวกนไดอยางแมนย า” นนคอ ผลคณระหวางความคลาดเคลอนทาง

ต าแหนง (x) กบความคลาดเคลอนของโมเมนตม (p) มคาไมนอย

กวา h hp.x

โครงสรางอะตอมตามทฤษฎกลศาสตรควอนตม

N=1 N=2

N=6

20n nar

การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

สถานะของอเลกตรอนถกก าหนดโดยเลขควอนตมทง 4 ตว คอ 1. เลขควอนตมหลก (principal quantum number ; n) มคาอยในชวง n = 1, 2, 3, , เรยกวาเชล (shell) K, L, M, N, O, P, ตามล าดบ ก าหนดคาพลงงานและรศมวงโคจรของอเลกตรอน

การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

2. เลขควอนตมวงโคจร (orbital quantum number ; ) มคาอยในชวง = 0, 1, 2, 3, , (n-1) จ านวน n คา เรยกวาเชลยอย (subshell) s, p, d, f, g, h, ตามล าดบ ก าหนดรปรางวงโคจรและขนาดโมเมนตมเชงมมของอเลกตรอน

การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

3. เลขควอนตมแมเหลกของวงโคจร (orbital magnetic quantum number ; m) มคาอยในชวง ‟, - +1, , -2, -1, 0, 1, 2, , -1, จ านวน 2+1 คา ก าหนดทศทางการวางตวของระนาบวงโคจรของอเลกตรอน

การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

4. เลขควอนตมสปนแมเหลก (magnetic spin quantum

number ; ms) มคาเปน +1/2 และ -1/2 ก าหนดสปน

ขน (spin up) และสปนลง (spin down) ของ

อเลกตรอน