Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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