1

บทท 1 โครงสรางอะตอม (Atomic structure) ใบความรท 1.1 การพฒนาแบบจ าลองอะตอม

1.1 แบบจ าลองอะตอม อะตอม มาจากภาษากรกวา “atomos” ซงแปลวา “แบงแยกอกไมได ” หมายความวา อะตอมคอ หนวยยอยทเลกทสดซงไมสามารถแบงใหเลกลงไปไดอก แนวความคดดงกลาวนไดจากนกปราชญชาวกรก ชอ ดโมครตส (Demokritos) และลวซปปส (Leucippus) เนองจากอะตอมมขนาดเลกมากจงยงไมเคยมใครมองเหนดวยตาเปลา แมแตใชกลองจลทรรศนอเลกตรอน กยงไมสามารถมองเหนอะตอมได จนในปจจบนไดมการพฒนากลองจลทรรศนสนามไอออนทมก าลงขยายสงถง 750,000 เทาจงสามารถถายภาพปลายเขมของธาตรเนยม (Rhenium) ซงเชอกนวาเปนภาพของอะตอมได แมวาจะถายภาพทเชอวาเปนอะตอมได แตจากภาพถายดงกลาวกยงไมสามารถบอกรายละเอยดภายในอะตอมได การทอะตอมมขนาดเลกมากจนไมสามารถมองเหนได การศกษาเกยวกบอะตอมจงใชวธการสนนษฐานโดยใชขอมลตาง ๆ ทไดจากการทดลอง น ามาสรางมโนภาพหรอแบบจ าลองของอะตอมขนมา แบบจ าลองอะตอมมหลายแบบ แตละแบบไดถกก าหนดขนมา โดยอาศยการทดลองเปนหลก ในขนแรกมขอมลเกยวกบอะตอมจ านวนนอย ลกษณะของแบบจ าลองอะตอมกเปนอยางหนง เมอมขอมลเพมขน

จนแบบจ าลองนนไมสามารถอธบายขอมลทไดจากการศกษาใหมๆกจ าเปนตองมการแกไขแบบจ าลองอะตอม ดงนนแบบจ าลองอะตอมจงไดมการพฒนาและเปลยนแปลงไปไดเรอย ๆ แมกระทงในปจจบน

แบบจ าลอง คอ มโนภาพทสรางขนโดยอาศยขอมลทไดจากการทดลองแบบจ าลองทางวทยาศาสตร เปนมโนภาพทนกวทยาศาสตรสรางขน เพอบอก

ลกษณะของสงทมองไมเหน เชน อะตอม นอกจากนแบบจ าลองยงใชเปนค าอธบายสงหนงสงใดกได แบบจ าลองสามารถเปลยนแปลงไดเมอขอมลจากการทดลองเปลยนแปลงไป นกวทยาศาสตร ทเสนอแบบจ าลองเปนคนแรก คอ จอหน ดอลตน

(John Dalton) โดยเสนอความคดเหนเกยวกบอะตอมไวในป พ.ศ. 2346 ซงมขอความทส าคญสรปไดดงน 1. สารแตละชนดประกอบดวยอนภาคเลก ๆ เรยกวาอะตอม ซงแบงแยกไมได 2. อะตอมจะท าใหเกดใหมหรอสญหายไปไมได 3. อะตอมของธาตชนดเดยวกนมสมบตเหมอนกนและแตกตางจากอะตอมของธาตอน 4. สารประกอบเกดจากการรวมตวกนของอะตอมของธาตตางชนดกนดวยอตราสวนของจ านวน อะตอมคงทเปนเลขลงตวนอย ๆ 5. โมเลกลของสารประกอบชนดเดยวกนยอยมสมบตเหมอนกน และ แตกตางจากโมเลกลของสารประกอบอน ๆ จากแนวคดของดอลตนทวา อะตอมเปนหนวยทเลกทสดซงแบงแยกไมได ท าใหไดแบบจ าลองอะตอมตามมโนภาพของดอลตนเปน “ทรงกลมทมขนาดเลกทสด ซงแบงแยกไมได” แบบจ าลองอะตอมของดอลตนใชอธบายเกยวกบกฏทรงมวลสารสมพนธได จงเปนทยอมรบกนในสมยนน และท าใหนกวทยาศาสตรเรมหนมาสนใจศกษาเกยวกบอะตอมมากขน ตอมาเมอการศกษาได

2

พฒนามากขน พบขอมลเกยวกบอะตอมมากขน ขอมลใหม ๆ เหลานบางประการกไมสอดคลองกบแนวความคดของดอลตน เชน พบวาอะตอมไมใชหนวยทเลกทสด อะตอมยงสามารถมอนภาคยอย ๆ ลงไปไดอก อะตอมของธาตชนดเดยวกนกอาจไมจ าเปนตองมสมบตตาง ๆ เหมอนกนทกประการ เชน มมวลตางกนได (คอไอโซโทป ซงจะไดกลาวในรายละเอยดตอไป ) นอกจากนขอมลบางเรองกไมสามารถอธบายไดโดยแนวความคดของดอลตน เชน ปรากฏการณทเกดขนในหลอดรงสแคโทด นกวทยาศาสตรคนตอ ๆ มาจงไดพยายามเสนอแบบจ าลองอะตอมชนดใหม

ใบความรท 1.2 แบบจ าลองอะตอมของทอมสน ******************************

1.2 แบบจ าลองอะตอมของทอมสน ปจจบนทราบวาไฟฟาม 2 ชนด คอ ไฟฟาสถตกบไฟฟากระแส ก. ไฟฟาสถต หมายถง อ านาจไฟฟาทเกดขนเฉพาะแหง เนองจากประจไฟฟาไมเคลอนทในวตถชนดนน ๆ เชน เมอถแทงพลาสตกดวยผาสกหลาด แทงพลาสตกบรเวณทมการถจะแสดงอ านาจไฟฟาได การทเปนเชนนเนองจากขณะทน าพลาสตกไปถผาสกหลาด จะท าใหประจไฟฟาทอยในพลาสตกแยกออกจากกน และแสดงอ านาจไฟฟาบวกหรอลบ แลวแตวาบรเวณนนจะมประจชนดใดมากกวากน อ านาจไฟฟาจงเกดขนบรเวณทถ จากความรเรองไฟฟาสถต ท าใหนกวทยาศาสตรเชอวาสารตางๆ จะมประจไฟฟา 2 ชนด คอ ประจไฟฟาบวกและประจไฟฟาลบ การทวตถไมแสดงอ านาจไฟฟาหรอเปนกลางทางไฟฟานนเปนเพราะวามปรมาณของประจบวกและลบเทากน เมอน ามาเชอมโยงกบอะตอมท าใหเชอกนวาอะตอมกควรจะมประจเชนเดยวกนอะตอมทเปนกลางจะมประจบวกและลบเทากน ดงนนอะตอมจงไมควรจะเปนหนวยทเลกทสด ข . ไฟฟากระแส หมายถง อ านาจไฟฟาทเกดจากการเคลอนทของประจไฟฟาผานตวกลาง ตวกลางทยอมใหประจไฟฟาเคลอนทผานเรยกวา ตวน า เชน โลหะตาง ๆ สวนตวกลางทไมยอมใหประจไฟฟาผานเรยกวา ฉนวน การน าไฟฟาของสารละลาย สารทเปนตวน า หรอ ฉนวนไฟฟาไมจ าเปนตองเปนของแขงเสมอไป อาจจะเปนของเหลวหรอสารละลายกได ในกรณทเปนสารละลาย ถาเปนสารละลายทน าไฟฟาไดเรยกวา “สารละลายอเลกโทรไลต(Electrolytic solution)” เชน สารละลายกรดเกลอ ถาน าไฟฟาไดมากเรยกวา สารละลายอเลกโทรไลตแก เชน สารละลายโซเดยมคลอไรด ถาน าไฟฟาไดนอยเรยกวา สารละลายอเลกโทรไลตออน เชน สารละลายกรดอะซตก ถาเปนสารละลายทไมน าไฟฟาเรยกวา “สารละลายนอนอเลกโทรไลต (Non-electrolytic solution)” เชน สารละลายกลโคส ของแขงน าไฟฟาไดเพราะมประจเคลอนทในตวน าทเปนของแขงนน แตส าหรบสารละลาย อเลกโทรไลตน าไฟฟาได เพราะในสารละลายมไอออนซงมประจไฟฟาเรยกวา ไอออนบวก และไอออนลบ กลาวคอ เมอสารละลายในน าจะมการแตกตวออกเปนสองสวนและมประจตรงกนขามกน แตละสวนเรยกวา ไอออน ไอออนสวนหนงจะมประจไฟฟาบวก เรยกวา ไอออนบวก ไอออนอกสวนหนงจะมประจ

3

ไฟฟาลบเรยกวา ไอออนลบ (มปรมาณเทากบไอออนบวก) เมออยในสนามไฟฟา ไอออนบวกจะเคลอนทเขาหาขวไฟฟาลบและไอออนลบจะเคลอนทเขาหาขวไฟฟาบวก ไอออนบวกทเคลอนทเขาหาขวไฟฟาลบจะไปรบประจลบหรออเลกตรอนสวนไอออนลบทเคลอนทเขาหาขวไฟฟาบวกจะเปนตวพาประจลบไปใหขวไฟฟา ไหลวนเวยนกนอยในสารละลาย จงกอใหเกดการน าไฟฟาขน การน าไฟฟาของแกส ทความดนปกตแกสจะไมน าไฟฟา แมวาจะเพมความตางศกยระหวางขวไฟฟาใหมากขน แสดงวาแกสเปนฉนวนไฟฟา ความตางศกยทใชตามบานคอ 220 โวลต แกสจะไมน าไฟฟา แตในบางโอกาสจะพบวาแกสสามารถน าไฟฟาได เชน การเกดฟาแลบ หรอฟาผาในขณะทมพายฝนฟาคะนอง จากการศกษาการน าไฟฟาของแกสพบวา แกสจะน าไฟฟาไดดขนถาความดนของแกสต าลง และความตางศกยระหวางขวไฟฟามากขน หลอดรงสแคโทด หลอดรงสแคโทด เปนเครองมอทใชทดลองเกยวกบการน าไฟฟา ประกอบดวยเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง ศกยสง และหลอดแกวบรรจแกสซงมความดนต า ปลายขางหนงของหลอดแกวจะมขวไฟฟาแอโนด อกปลายหนงจะเปนขวแคโทด เมอตอไฟฟาใหครบวงจรดงรป จะสามารถตรวจสอบการไหลของไฟฟา รวมทงสามารถศกษาการเปลยนแปลงในหลอดรงสแคโทดไดโดยการใชฉากเรองแสง

เดมวลเลยม ครกส (William Crookes) ไดสรางหลอดรงสแคโทดขนมาโดยใชแผนโลหะ 2 แผน เปนขวไฟฟา หลงจากตอขวไฟฟาทงสองเขากบเครองก าเนดไฟฟา โดยใหขวไฟฟาทตอกบขวลบของเครองก าเนดไฟฟาเปนขวลบเรยก แคโทด และขวบวกตอกบขวบวกของเครองก าเนดไฟฟาเรยกวา แอโนด เมอใชความตางศกยระหวางขวไฟฟานอย ๆ จะพบวามการน าไฟฟานอยมาก เมอสบเอาแกสในหลอดรงสออกจนเกอบหมดและใชความตางศกยระหวางขวประมาณ 10,000 โวลต จะพบวามการน าไฟฟาไดดยงขน และมแสงสเขยวพงออกมาจากแคโทด จงไดเรยกรงสแคโทด รงสนสามารถท าให ZnS เกดการเรองแสงได โดยทว ๆ ไป พบวารงสแคโทดจะเดนทางเปนเสนตรงจากขวแคโทดไปยงแอโนด และรงสนสามารถเบยงเบนในสนามแมเหลกและสนามไฟฟาได ปรากฏการณทเกดขนในหลอดรงสแคโทดท าให เซอรโจเซฟ จอหน ทอมสน (Sir Joseph John Thomson) สนใจมาก และไดท าการทดลองเกยวกบการน าไฟฟาของแกสในหลอดรงสแคโทดเพมเตมอกจ านวนมาก นอกจากนยงมนกวทยาศาสตรอน ๆ ทสนใจเกยวกบเรองน เชน ยจน โกลดสไตน (Eugene Goldstein) และวลเฮลม วน (Wilhelm Wein) เปนตน

4

ทอมสนไดทดลองเกยวกบหลอดรงสแคโทดเพมเตมอกจ านวนมาก โดยดดแปลงลกษณะของหลอดรงสแคโทดจากเดมเลกนอย เชนมการเตมฉากเรองแสงไวในหลอดรงสดวย ดงในรป และทอมสนไดน าผลการทดลองในลกษณะตาง ๆ มาสรปเกยวกบแบบจ าลองอะตอม โดยท าเปนขน ๆ ดงน 1. บรรจแกสชนดหนงในหลอดรงสแคโทดทภายในมขวไฟฟาแอโนด และแคโทดตออยกบเครองก าเนดไฟฟากระแสตรง ศกยสง ทขวแอโนดเจาะรเลก ๆ ตรงกลาง และปลายดานหนงของหลอดรงสมฉากเรองแสง ก. ท าดวย ZnS วางไว น าหลอดรงสนตอเขากบเครองสบสญญากาศ

ในตอนแรกความดนในหลอดแกวมมาก จะยงไมเหนการเปลยนแปลงใด ๆ ทฉากเรองแสง แมวาจะใชศกยไฟฟาสงๆ ตอเมอลดความดนในหลอดแกวใหต าลงมากๆ จนเกอบเปนสญญากาศ จะพบวาม จดเรองแสง หรอมจดสวางบนฉากเรองแสง ก.

เนองจาก ZnS มสมบตพเศษทวา ถาอนภาคมประจมากระทบจะท าใหเกดการเรองแสงขน ดงนนจากผลการทดลองท าใหทอมสนตงสมมตฐานวา จะตองมรงสชนดหนงซงมประจไฟฟาพงเปนเสนตรงจากขวแคโทดมายงฉากเรองแสง ก. ซงรงสนอาจจะเกดจากแกสทมอยในหลอดแกวนน หรออาจจะเกดจากโลหะทท าขวไฟฟากได ซงทอมสนยงไมทราบ รวมทงยงไมทราบวารงสทพงออกมานนมประจเปนอยางไร ดงนนจงไดทดลองตออก อยางไรกตามเมอถงขนนทอมสนไดคาดวาอะตอมคงจะไมใชเปน ทรงกลมตนดงแบบจ าลองของดอลตนแน แตจะตองมอนภาคเลก ๆ ทมประจเปนองคประกอบดวย

2. เพอทดสอบสมมตฐานทวาอะตอมประกอบดวยอนภาคทมประจ และตองการจะทราบวาประจไฟฟาทมากระทบฉากเรองแสง ก. เปนประจบวกหรอลบ ทอมสนจงไดทดลองตอไปโดยใชสนามไฟฟาเขาชวย โดยยดหลกทวา อนภาคทมประจจะตองเกดการเบยงเบนในสนามไฟฟา ถาอนภาคนนมประจบวกจะเบยงเบนเขาหาขวลบของสนามไฟฟาและถามประจลบจะเบยงเบนเขาหาขวบวก ทงนศกษาการเบยง เบนไดจากฉากเรองแสง

เมอเพมขวไฟฟาเขาไปอก 2 ขว โดยใหขวไฟฟาทงสอง มสนามไฟฟาตงฉากกบทศทางของรงสดงในรป จากการทดลองพบวาจดสวางบนฉากเรองแสง ก . เบนไปจากต าแหนงเดม คอ เบยงเบนขนสดานบน ซงถาลากเสนจากขวไฟฟาจะเหนวารงสนนเบยงเบนเขาหาขวบวกของสนามไฟฟา แสดงวารงสนนจะตองประกอบดวยอนภาคทมประจจงเกดการเบยงเบนขน และการทเบยงเบนเขาหาขวบวกแสดงวา รงสนนจะตองประกอบดวยอนภาคทมประจลบ เนองจากรงสนเคลอนทออกมาจากขวแคโทดซงเปนขวลบ จงเรยกรงสนวา รงสแคโทด และเรยกหลอดแกวทใชในการทดลองวา หลอดรงสแคโทด

5

เมอทดลองถงขนน ท าใหทอมสน ตงสมมตฐานขนวาอะตอมประกอบดวยอนภาคเลกๆ ทสวนหนงมประจลบ แตยงไมทราบวาอนภาคทมประจลบเหลานเกดจากแกสในหลอดรงสหรอเกดจากขวไฟฟา และไมทราบวารงสแคโทดนจะเหมอนกนหรอไม จะประกอบดวยอนภาคชนดเดยวกนหรอไม ถาใชแกสตางชนดกนจะมลกษณะเหมอนหรอตางกนอยางไร 3. ทอมสนศกษาสมบตของรงสแคโทดตอไป โดยหาอตราสวนระหวางประจตอมวลของรงสนน ทงนอาศยหลกทวา นอกจากรงสแคโทดจะเบยงเบนไดในสนามไฟฟาแลว ยงสามารถเบยงเบนไดในสนาม แมเหลกดวย ในตอนแรก ทอมสนไดทดลองเปลยนแกสชนดตาง ๆ ในหลอดรงสแคโทดแลวทดลองในท านองเดยวกน ปรากฏผลการทดลองไดผลเหมอนเดม และเมอลองเปลยนชนดของขวไฟฟาทใชท าแคโทดกยงคงพบวาไดผลการทดลองเหมอนเดม คอจะมรงสทประกอบดวยอนภาคทมประจลบพงมาทฉากเรองแสง ก . และรงสเกดการเบยงเบนเขาหาขวบวกของสนามไฟฟา จงท าใหไมสามารถจะพสจนวาอนภาคทมประจลบนนเปนอนภาคชนดเดยวกนหรอไม ดงนนทอมสนจงไดท าการทดลองตอโดยน าหลอดรงสวางไวในสนาม แมเหลก ทงนในทศทางของสนามแมเหลกตงฉากกบสนามไฟฟาดงรป ในชวงแรกทใสสนามแมเหลกเขาไป จดสวางบนฉากเรองแสง ก. จะเบยงเบนขนดานบน เมอใสสนามแมเหลกเขาไป และเพมอ านาจสนาม แมเหลกทละนอยจะพบวาจดสวางบนฉากเรองแสง ก. คอย ๆ มการเบยงเบนนอยลง คอ จดเรองแสงคอย ๆ กลบมาสต าแหนงเดมของตอนทไมมสนามไฟฟา แสดงวาในขณะนความแรงของสนามไฟฟามคาเทากบความแรงของสนามแมเหลก จดสวางบนฉากเรองแสงจงไมมการเบยงเบน

6

เมอน าความแรงเนองจากสนามไฟฟา และความแรงเนองจากสนามแมเหลกทกระท าตออนภาคลบมาค านวณอตราสวนของประจตอมวล (e/m) ของอนภาคลบนน ปรากฏวาไดคาคงทเทากนทกครง ไมวาทอมสนจะใชแกสชนดใด หรอไมวาจะใชโลหะใดเปนแคโทด คอได

m

e = 1.76 X 108 คลอมบ/กรม

จากผลการทดลองและผลการค านวณ ท าใหทอมสนสรปวา “อนภาคลบในรงสแคโทดจะตองมลกษณะเหมอนกน และอะตอมทกชนดยอมจะมอนภาคทมประจลบเปนองคประกอบเหมอนกน และเรยกอนภาคลบนวาอเลกตรอน ” เมอทดลองถงตอนนท าใหทอมสนสรปไดวา อะตอมไมใชสงทเลกทสด อะตอมของธาตทกชนดจะตองประกอบดวยอเลกตรอนและอนภาคอน ๆ ซงในขณะนนยงไมทราบ การคนพบโปรตอน เนองจากอะตอมเปนกลางทางไฟฟา และการทพบวาอะตอมของธาตทกชนดจะตองประกอบดวยอเลกตรอนซงมประจลบ ท าใหนกวทยาศาสตรเชอวา องคประกอบอกสวนหนงของอะตอมจะตองมอนภาคทมประจบวกอยดวย ออยเกน โกลดสไตน (Eugen Goldstein) นกวทยาศาสตรชาวเยอรมนไดท าการทดลองเกยวกบหลอดรงสแคโทด โดยดดแปลงหลอดรงสแคโทดเลกนอย ดงในรป

โกลดสไตนไดเลอนขวแคโทดและแอโนดมาไวเกอบตรงกลาง แลวเพมฉากเรองแสง ข . ทปลายอกดานหนงของหลอดแกว โดยคดวาการทอนภาคทมประจลบสามารถเคลอนทผานขวแอโนดไปทฉากเรองแสง ก. ได อนภาคทมประจบวกกควรจะเคลอนทผานแคโทดไปทฉากเรองแสง ข . ไดเชนเดยวกน ดงนนจงเจาะรตรงกลางของขวแอโนดและแคโทดไว จากการทดลองเมอผานกระแสไฟฟา ปรากฏวาม จดสวางเกดขนทงบนฉากเรองแสง ก. และ ข. ซงโกลดสไตนอธบายวาจดสวางทเกดบนฉากเรองแสง ข . จะตองเกดจากรงสทประกอบดวยอนภาคทมประจไฟฟาบวกเคลอนทผานรตรงกลางของแคโทดไปยงฉากเรองแสง แตยงไมทราบวารงสทมประจไฟฟาบวกนเกดจากอะตอมของแกสหรอเกดจากอะตอมของขวไฟฟา และมลกษณะเหมอนกนหรอไม

จากการทดลองหลายครง ๆ โดยการเปลยนชนดของแกสในหลอดแกว ปรากฏวาอนภาคทมประจบวกเหลานมอตราสวนของประจตอมวลไมเทากน ขนอยกบชนดของแกสทใช และ

เมอทดลองโดยเปลยนโลหะทใชท าขวไฟฟาหลาย ๆ ชนด แตใชแกสในหลอด แกวชนดเดยวกน ปรากฏวาผลการทดลองไดอตราสวนของประจตอมวลเทากน แสดงวาอนภาค

บวกในหลอดรงสแคโทดเกดจากแกส ไมไดเกดจากขวไฟฟา

7

ตอมาโกลดสไตนไดพบวาถาท าการทดลองโดยใชแกสไฮโดรเจน จะไดอนภาคบวกทมจ านวนประจเทากบประจของอเลกตรอน และเรยกอนภาคบวกทเกดจากแกสไฮโดรเจนวา “โปรตอน ” อะตอมของแกสไฮโดรเจนจะม 1 โปรตอน และอะตอมของธาตอน ๆ อนภาคบวกจะมมากกวา 1 โปรตอน แตจ านวนโปรตอนและอเลกตรอนเทากน แบบจ าลองอะตอมของทอมสน จากผลการทดลองทผานมา ทงของทอมสน และโกลดสไตน ท าใหทอมสนไดขอมลเกยวกบอะตอมมากขน จงไดเสนอแบบจ าลองอะตอมดงน “อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยอนภาคโปรตอนทมประจบวกและอนภาคอเลกตรอนซงมประจลบกระจายอยทวไปอยางสม าเสมอในอะตอม อะตอมในสภาพทเปนกลางทางไฟฟาจะมจ านวน

ประจบวกเทากบประจลบ”

ทอมสนไดน าแบบจ าลองดงกลาวมาอธบายผลการทดลองดงน เมออะตอมของโลหะทเปนขวไฟฟาแคโทดไดรบพลงงานจากเครองก าเนดไฟฟา จนกระทงพลงงานนนมคามากพอทจะท าใหเกดการแตกตว (Ionization) ใหอเลกตรอนออกมา

พลงงาน + M (s) M (g) M+ (g) + e- M คอ อะตอมของโลหะทเปนขวแคโทด อเลกตรอนทออกมาจากแคโทดจะเคลอนทไปยงแอโนด ซงในขณะทเคลอนทจะมการชนอะตอมของแกสทอยภายในหลอดดวย เนองจากอเลกตรอนทออกมาจากแคโทดมพลงงานตดตวออกมาดวย เมอมการชนกบอะตอมของแกสจะมการถายเทพลงงาน ซงถามการชนทแรงพอจนท าใหอะตอมของแกสทถกชนเกดการแตกตวใหอเลกตรอนและอนภาคทมประจบวกออกมาเชนเดยวกน

อเลกตรอนจากขวไฟฟา ชน A (g) A+ (g) + e- อเลกตรอนทงหมดจากขวไฟฟาและจากแกส ซงเรยกรวมกนวารงสแคโทดจะพงไปยงขวแอโนด บางสวนจะวงผานรทเจาะไวตรงกลางขวแอโนดไปกระทบฉากเรองแสง ท าใหเกดจดสวางบนฉากเรองแสงขน เนองจากอะตอมของธาตทกชนดประกอบดวยอเลกตรอนอยางเดยวกน ดงนนไมวาจะใชโลหะใดเปนขวไฟฟาหรอใชแกสใดใสในหลอดแกวจะไดรงสแคโทดชนดเดยวกนอตราสวนระหวางประจตอมวลจงเทากน ในขณะทอเลกตรอนวงไปยงแอโนด อนภาคทมประจบวก คอ A+ จะวงไปยงแคโทด และบางสวนจะผานแคโทดตรงรทเจาะไวตรงกลางกระทบกบฉากเรองแสง ท าใหเกดจดสวางบนฉากเรองแสงขน แตเนองจากอะตอมของแกสแตละชนดมมวลไมเทากน ดงนนอตราสวนของประจตอมวลของอนภาคบวกจงไมเทากน (ส าหรบแกสตางชนดกน)

8

เชน He (g) He+(g) + e- H (g) H+(g) + e- ประจตอมวลของ He+(g) กบ H+(g) ยอมไมเทากน เพราะมวลอะตอมของ He และ H ไมเทากน การหาคาประจของอเลกตรอน ใน พ .ศ. 2451 โรเบรต แอนดรส มลลแกน (Robert Andrews Millikan) นกวทยาศาสตรชาวอเมรกาไดท าการทดลองหาคาประจของอเลกตรอน โดยใชการทดลองทเรยกวา “Oil drop experiment” เครองมอประกอบดวยขวไฟฟา 2 ขว ตออยกบเครองก าเนดไฟฟา ขวไฟฟาบนเปนขวบวก และขวไฟฟาดานลางเปนขวลบ ขวไฟฟาทง 2 ใสไวในกลองซงมอากาศอยภายใน เมอพนหยดน ามนเมดเลก ๆ เขาไประหวางขวไฟฟาทงสอง เนองจากน ามนแตละหยดมมวล ดงนนจงถกแรงดงดดของโลกท าใหตกลงมาสดานลาง ในขณะทเมดน ามนยงไมมประจไฟฟา การทจะบงคบใหเคลอนทขนลงจงยงท าไมได ดงนนในตอนแรกจงตองเตมประจลงบนหยดน ามนกอนโดยการฉายรงสเอกซ (X-Ray) เขาไปรงสเอกซจะไปชนกบอากาศภายในกลอง ท าใหอะตอมของอากาศเกดการแตกตว

X-rays A (g) A+ (g) + e-

รปท 1.10 แรงทกระท าตอหยดน ามน

อนภาคบวกและอเลกตรอนทเกดขนจะไปเกาะทหยดน ามน ท าใหหยดน ามนเกดประจ อเลกตรอนทไปเกาะทหยดน ามนอาจจะไปเกาะเพยง 1 ตว หรอหลายๆ ตวกได เชนเดยวกบอนภาคบวกกจะไปเกาะทหยดน ามน ซงอาจจะมอนภาคบวกหลายตวทหยดน ามน 1 หยด เมอหยดน ามนมประจในขณะทก าลงเคลอนทลงมาดวยแรงดงดดของโลก ถาใสสนามไฟฟาเขาไปในระหวางขวไฟฟาทงสอง ขวไฟฟาบวกขางบนจะดงดดกบหยดน ามนทมอเลกตรอนเกาะอย สวนขวไฟฟาลบขางลางจะดงดดกบอนภาคบวกท าใหหยดน ามนทมอนภาคบวกเคลอนทลงไดเรวขน ซงในทนจะไมขอกลาวถงอนภาคบวก แตจะกลาวถงรายละเอยดเกยวกบอเลกตรอนเทานน ในขณะทใสสนามแมเหลกเขาไป หยดน ามนทมอเลกตรอนเกาะอยจะมประจเปนลบ และถกดงดดใหลอยขนไปหาขวบวก ดงนนในตอนแรกหยดน ามนเหลานจะเคลอนทลงไดชา และเมอเพมศกยไฟฟาระหวางขวใหมากขน จนกระทงแรงดงดดเนองจากขวไฟฟากบอเลกตรอนบนหยดน ามนเทากบแรงเนองจากแรงดงดดของโลก หยดน ามนเหลานนจะลอยนง ซงสามารถน ามาค านวณคาของประจไฟฟาของอเลกตรอนแตละตวไดถา

9

m = มวลของหยดน ามน g = คาคงทของแรงดงดดของโลก

F1 = แรงเนองจากแรงดงดดของโลกตอหยดน ามน F1 = mg

ถา E = สนามไฟฟา q = ประจไฟฟาบนหยดน ามน

F2 = แรงเนองจากสนามไฟฟาตอหยดน ามน F2 = Eq เมอพจารณาหยดน ามนทลอยนง หยดใดหยดหนง จะไดวา แรงเนองจากแรงดงดดของโลก = แรงเนองจากสนามไฟฟา

mg = Eq หรอ q = E

mg

คา E และ g สามารถหาไดจากเครองมอทใช สวน m ซงเปนมวลของหยดน ามนหาไดจากสตร

m = 3

4 r 3 d

เมอ r = รศมของหยดน ามน d = ความหนาแนนของน ามน จะเหนไดวา คา m , g และ E สามารถหาได ดงนนจงค านวณประจทอยบนหยดน ามนได จากการทดลองพบวาประจทอยบนหยดน ามนนนมคาเทากบ 1.60 x 10-19 คลอมบ หรอเปนจ านวนเทาของ 1.60 x 10-19 คลอมบ เชน 2 x 1.60 x 10-19 , 3 x 1.60 x 10-19 คลอมบ เปนตนแสดงวาจ านวนประจทอยบนหยดน ามนทมคานอยทสดคอ 1.60 x 10-19คลอมบ จ านวนประจอนๆ จะเปนจ านวนเทาของ 1.60 x 10-19 ดงนนคาของประจ 1.60 x 10-19 คลอมบ จงเปนคาประจของอเลกตรอน 1 ตว กลาวคอ ถามอเลกตรอน 1 ตว เกาะบนหยดน ามน จะไดประจ = 1.60 x 10-19 คลอมบ ถามอเลกตรอน 2 ตว เกาะบนหยดน ามน จะไดประจ = 2 x 1.60 x 10-19 คลอมบ ถามอเลกตรอน 3 ตว เกาะบนหยดน ามน จะไดประจ = 3 x 1.60 x 10-19 คลอมบ เพราะฉะนน จากการทดลองของมลลแกนไดประจของอเลกตรอนมคาเทากบ 1.60 x 10-19 คลอมบ การค านวณหามวลของอเลกตรอน

จากการทดลองของทอมสนไดคาประจตอมวลของอเลกตรอน คอm

e = 1.76 X 108 คลอมบ/กรม

จากการทดลองของมลลแกน ไดคาประจของอเลกตรอน (e) = 1.60 x 10-19 คลอมบ เพราะฉะนนหามวลของอเลกตรอนได m = 9.11 x 10-28 กรม แบบจ าลองอะตอมของทอมสนนบวาเปนกาวส าคญเกยวกบการศกษาโครงสรางของอะตอม ท าใหไดมโนภาพของอะตอมทถกตองยงขน แตอยางไรกตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสนกยงไมสามารถจะอธบายผลการทดลองใหม ๆ อกเปนจ านวนมาก ซงแสดงวายงไมใชแบบจ าลองทสมบรณ เปนผลใหมการคนควาเพมเตมขน และมการเสนอแบบจ าลองใหม ๆ ขนมา

10

ใบความรท 1.3 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

******************** 1.3 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด หลงจากทไดศกษาเกยวกบสารกมมนตรงสมากขน ไดมการคนพบรงสตาง ๆ ซงเกดจากการ

สลายตวของสารกมมนตรงส เชน รงสแอลฟา ( ) เบตา () และแกรมมา () โดยเฉพาะรงสแอลฟาซงจดวาเปนอนภาคทมประจไฟฟาบวก และมมวลมากกวารงสเบตา และแกรมมา เมออนภาคแอลฟาเคลอนทไปกระทบกบอนภาคอน ๆ ทมมวลนอยกวา จงไมคอยมการเบยงเบนซงท าใหนกวทยาศาสตรบางทานน าเอารงสแอลฟาไปศกษาเกยวกบโครงสรางของอะตอม เชน เออรเนสต รทเทอรฟอรด (Ernest Rutherford) นกวทยาศาสตรชาวนวซแลนด เปนตน ในป พ.ศ.2454 รทเทอรฟอรด ไดท าการทดลองในประเภทองกฤษรวมกบ ฮนส ไกเกอร และเออรเนส มารสเดน ศกษาทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟา เมอยงอนภาคแอลฟาซงไดจากการสลายตวของสารกมมนตรงส เขาไปทแผนทองค าบาง ๆ

รปท 1.11 การทดลองของรทเทอรฟอรด

การตรวจสอบทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟาหลงจากกระทบแผนทองค าแลว ท าไดโดยใชฉากเรองแสงขดเปนวงกลมลอมรอบแผนทองค าไว โดยเวนทเฉพาะบรเวณทจะใหอนภาคแอลฟาผานเขามาเทานน ทก ๆ ครงทอนภาคแอลฟากระทบฉากเรองแสงจะพบวามจดสวางเกดขนทฉากเรองแสงนน (อนภาคแอลฟาคอ นวเคลยสของธาตฮเลยม ซงมประจบวก ดงนนเมอกระทบฉากเรองแสงจงมจดสวางเกดขน ท าใหทราบทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟา) จากการทดลองพบวาอนภาคแอลฟาสวนใหญจะวงเปนแนวเสนตรง ผานแผนทองค าไปกระทบฉากเรองแสง ซงกคอบรเวณจด ก . ทอยหลงแผนทองค าในรป บางสวนจะเบยงเบนไปจากแนวเสนตรง คอบรเวณจด ข . ของฉากเรองแสง และมนอยครงมากทอนภาคสะทอนกลบมากระทบฉากเรองแสงทจด ค. ซงอยหนาแผนทองค า จากผลการทดลอง ท าใหรทเทอรฟอรดแปลกใจมาก เพราะถาน าแบบจ าลองอะตอมของทอมสนมาอธบายทศทางทนาจะเกดขน เมอยงอนภาคแอลฟาไปทแผนทองค า อนภาคสวนใหญควรจะเบยงเบนไปจากแนวเสนตรง ทงน เพราะตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน อะตอมประกอบดวยอนภาคบวกและลบ กระจายอยทวไปในอะตอม เมอยงอนภาคแอลฟาซงมประจบวกเขาไปในอะตอมของแผนทองค า อนภาคแอลฟาควรจะผลกกบโปรตอนซงมประจบวกเหมอนกน อนจะเปนผลท าใหทศทางของอนภาคแอลฟาเบยงเบนไปดงในรป ท 1.12 แตจากผลการทดลอง การทอนภาคแอลฟาสวนใหญวงผานแผนทองค าเปนแนวเสนตรง จงท าใหรทเทอรฟอรดแปลกใจมาก โดยเฉพาะอนภาคแอลฟาสวนทสะทอนกลบยงท าให

11

แปลกใจมากยงขน ทงนเพราะการทอนภาคแอลฟาสะทอนกลบไดแสดงวาภายในอะตอมจะตองมสงทมมวลมากขวางทางอย เมออนภาคแอลฟาไปชนจงเกดการสะทอนกลบ แตจากแบบจ าลองอะตอมของทอมสนภายในอะตอมไมมสงหนงสงใดอยรวมกนเปนกลมเปนกอนเลย ดงนนการสะทอนกลบของอนภาคแอลฟาเปนมมมากกวา 90 องศา จงไมมทางเกดขนได จากการทแบบจ าลองอะตอมของทอมสนไมสามารถอธบายผลการทดลองได ท าใหรทเทอรฟอรดคดวาแบบจ าลองอะตอมของทอมสนยงไมถกตอง จงเสนอแบบจ าลองอะตอมขนมาใหมเพอใชอธบายผลการทดลองดงกลาว

รปท 1.12 ทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟาตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน การทอนภาคแอลฟาสวนใหญเคลอนทผานอะตอมของทองค าเปนแนวเสนตรง แสดงวาภายในอะตอมทองค าควรจะมทวางเปนจ านวนมาก และการทอนภาคแอลฟาบางสวนสะทอนกลบแสดงวาภายในอะตอมควรจะมอนภาคอะไรสกอยางทรวมกนเปนกลมกอน และมปรมาณมากพอรวมทงมมวลมากพอทจะท าใหอนภาคสะทอนกลบเมอกระทบถกได เนองจากภายในอะตอม (ในขณะนน ) มแตอเลกตรอนและโปรตอน โดยทอเลกตรอนมมวลนอยมาก รทเทอรฟอรดจงคกวาอนภาคสวนทมารวมกนเปนกลมกอนจงนาจะเปนอนภาคของโปรตอน ดงนนเพอทจะอธบายผลการทดลอง รทเทอรฟอรดจงเสนอแบบจ าลองแบบใหม เรยกวาแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด ดงน “อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยนวเคลยสซงกคอโปรตอนทรวมกนอยตรงกลางของอะตอม และมอเลกตรอนวงวนอยรอบ ๆ นวเคลยส นวเคลยสมขนาดเลก แตมมวลมากและมประจบวก

สวนอเลกตรอนจะมมวลนอยและมประจลบ จ านวนอเลกตรอนจะเทากบจ านวนโปรตอน”

รปท 1.13 แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

จากแบบจ าลองอะตอมตามมโนภาพของรทเทอรฟอรดจะเหนไดวาอะตอมถกแบงเปน 2 สวน สวนทหนง คอนวเคลยส ซงอยตรงกลาง มขนาดเลกมากเมอเทยบกบขนาดของอะตอม อกสวนหนง คอ อเลกตรอนทวงอยรอบ ๆ นวเคลยส ลกษณะของอะตอมจงเปนแบบโปรง ภายในอะตอมมชองวางอยมาก รทเทอรฟอรดไดใชแบบจ าลองอะตอมทเสนอขนมาใหมอธบายผลการทดลองดงน เนองจากนวเคลยสมขนาดเลกมาก เมอเปรยบเทยบกบขนาดของอะตอม ท าใหมชองวางภายในอะตอมมาก เมอยงอนภาคแอลฟาเขาไป อนภาคสวนใหญจงสามารถวงทะลผานแผนทองค าไปไดโดยไมม

12

การเบยงเบน มบางครงทอนภาคแอลฟาวงเขามาใกลนวเคลยสซงมประจบวกเหมอนกนจะถกนวเคลยสผลกออกไป ซงท าใหทศทางของอนภาคแอลฟาเบยงเบนออกไป และนานครงๆ อนภาคแอลฟาจะวงตรงไปชนกบนวเคลยสท าใหสะทอนกลบออกมา แตเนองจากนวเคลยสมขนาดเลกมากเกนไป ดงนนโอกาสทอนภาคแอลฟาจะชนกบนวเคลยสจงนอยมาก ๆ ส าหรบอเลกตรอนทวงวนอยรอบ ๆ นวเคลยสเนองจากมมวลนอยมาก ถงแมวาอนภาคแอลฟาจะวงมาชนกจะไมมผลท าใหทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟาเบยงเบนไป

รปท 1.14 การใชแบบจ าลองอธบายผลการทดลองของรทเทอรฟอรด

จะเหนไดวาแบบจ าลองของอะตอมทรทเทอรฟอรดเสนอขนมาใหมนสามารถอธบายผลการทดลองไดเปนอยางด และตามมโนภาพของรทเทอรฟอรด มวลสวนใหญของอะตอมกคอมวลของนวเคลยสนนเอง อเลกตรอนแมวาจะเปนสวนประกอบทท าใหอะตอมมขนาดใหญขนจะมมวลนอยมากซงจะไมมผลตอมวลของอะตอม อยางไรกตามถงแมวาแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดสามารถใชอธบายผลการทดลองไดถกตองกวา แบบจ าลองอะตอมของทอมสน แตกยงมขอบกพรองทยงไมสามารถอธบายได เชน ท าไมโปรตอนซงมประจบวกเหมอนกน จงรวมกนอยตรงกลางเปนนวเคลยสได ทง ๆ ทควรจะผลกกน มอะไรมายดโปรตอนใหรวมกนได และท าไมอเลกตรอนทวงอยรอบๆ นวเคลยสจงไมผลกกน ทงๆ ทมประจลบเหมอนกน รวมทงท าไมจงไมถกดงดดเขาไปทนวเคลยส ซงเปนเหตทตองมการปรบปรงและเสนอแบบจ าลองใหมๆ ขนมา

1.3.1 อนภาคมลฐานของอะตอม

จากการศกษาเกยวกบโครงสรางอะตอมในตอนแรก ท าใหนกวทยาศาสตรเชอวาอะตอมประกอบ ดวยอนภาค 2 ชนด คอ อเลกตรอน และโปรตอน จนกระทงการศกษาเกยวกบอะตอมไดพฒนาการมากขน จงไดทราบวานอกจากจะมอเลกตรอนและโปรตอนแลวยงมนวตรอน และอนภาคอน ๆ อกหลายชนด ในป พ .ศ. 2456 เฮนร มอสเลย (Henry Mosley) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษสามารถหาจ านวนโปรตอนทมอยในแตละธาตได โดยศกษาจากสเปกตรมรงสเอกซของธาต เมอน าจ านวนโปรตอนของธาตมาพจารณารวมกบแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดในแงมวลของอะตอม จะพบวาแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดยงไมถกตองนก กลาวคอตามแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด มวลของอะตอมกคอ มวลของนวเคลยส หรอมวลของโปรตอนอยางเดยวนนเอง ถานวเคลยสของอะตอมประกอบดวยโปรตอนอยางเดยว มวลของอะตอมกนาจะเทากบมวลของโปรตอนมารวมกน แตจากการทดลองหามวลของอะตอม

13

พบวามวลอะตอมของธาตตางๆ มกจะมคามากกวามวลของโปรตอนเสมอ เชน ธาตคารบอนมโปรตอน 6 ตว ตามแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดมวลอะตอมควรจะมคาเปน 6 หนวย แตจากการทดลองพบวามมวลอะตอมถง 12 หนวย หรอธาตออกซเจนม 8 โปรตอน แตมมวลอะตอม 16 หนวย เปนตน จากผลการทดลองพบวาอะตอมของธาตสวนใหญจะมมวลเปน 2 เทา หรอมากกวา 2 เทาของโปรตอน ท าใหรทเทอรฟอรดตงขอสนนษฐานวา ภายในอะตอมนาจะมอนภาคอกชนดหนงซงไมใชโปรตอนและอเลกตรอนอยดวย โดยทอนภาคนจะอยรวมกนในนวเคลยส และมมวลใกลเคยงกบมวลของโปรตอน รวมทงเปนกลางทางไฟฟาดวย ซงตอมากไดมการพสจนขอสนนษฐานของรทเทอรฟอรดจนยอมรบกนวาเปนความจรง ประมาณป พ.ศ. 2456 ทอมสน ไดทดลองเกยวกบมวลของอนภาคบวกทไดจากหลอดรงสแคโทด พบวา ในขณะทใชแกสนออนใสในหลอดรงสจะสามารถหามวลของอนภาคบวกไดถง 2 คา คอ 20 และ 22 หนวย ซงแสดงวาแกสนออนจะตองมอะตอม 2 ชนด ซงมมวลไมเทากน ซงตอมา เฟรเดอรก ซอดด (Frederick soddy) ไดตงชออะตอมของธาตชนดเดยวกนแตมมวลตางกนวา ไอโซโทป ซงถอวาผล การทดลองนเปนขอมลสนบสนนขอเสนอของรทเทอรฟอรด ทวาภายในนวเคลยสควรจะมอนภาคอกอยางหนง ซงมมวลใกลเคยงกบโปรตอนแตไมมประจ ในป พ.ศ. 2475 เจมส แซดวก(James Chadwick) นกวทยาศาสตรชาวองกฤษ ไดทดลองยงอนภาคแอลฟาไปยงธาตชนดตาง ๆ โดยใชเครองมอทละเอยดถกตองยงขน และพสจนไดวาภายในนวเคลยสจะมอนภาคอกชนดหนงซงเปนกลางทางไฟฟาอยดวย และเรยกอนภาคนนวา นวตรอน จากการคนพบนวตรอน จงท าใหโครงสรางของอะตอมเปลยนแปลงไปจากแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดเลกนอย ท าใหทราบวาภายในอะตอมจะประกอบดวยอนภาค 3 ชนดคอ อเลกตรอน โปรตอนและนวตรอน โดยเรยกอนภาคทง 3 ชนดวาเปน อนภาคมลฐานของอะตอม ดงนนแบบจ าลองอะตอมจงเปลยนไป แบบใหมมลกษณะดงน “อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมกนอยตรงกลางของ

อะตอม เรยกวา นวเคลยส และมอเลกตรอนซงมจ านวนเทากบโปรตอนวงอยรอบ ๆ นวเคลยส”

รปท 1.15 แบบจ าลองอะตอมทมนวตรอน จากการศกษาสมบตของอนภาคมลฐานของอะตอมทง 3 ชนด พบวาอเลกตรอนแตละตวมประจเทากบโปรตอน แตเปนประจตรงกนขาม คอ อเลกตรอนมประจลบ แตโปรตอนมประจบวก ในขณะทนวตรอนเปนกลางทางไฟฟา คอ จะเปนศนย นอกจากนยงทราบวามวลของโปรตอนและนวตรอนมคาใกลเคยงกนมาก สวนมวลของอเลกตรอนมคานอยมากเมอเปรยบเทยบกบโปรตอน ดงในตารางตอไปน

14

ตารางท 1.1 อนภาคมลฐานของอะตอม

อนภาค สญลกษณ มวล มวลเปรยบเทยบ ประจในหนวย ชนดของ kg amu กบอเลกตรอน คลอมบ esu ประจ

โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน

p n e

1.672 x 10 -27 1.674 x 10 -27 9.109 x 10 -32

1.0073 1.0087

0.000540

1836 1839

-

1.602 x 10 -19 0

1.602 x 10 -19

4.8209x10 -12 0

4.8209x10 -12

+1 0 -1

1 amu = 1 atomic mass unit = 1.66 x 10-24 g

ในปจจบนนอกจากจะพบอนภาคมลฐานของอะตอมซงจดวาเปนอนภาคทมความคงตวภายในอะตอมแลวยงมอนภาคอนๆ อกหลายชนดทอยภายในอะตอม แตเปนอนภาคทไมคงตวซงอาจจะเกดจากนวเคลยสของอะตอมถกชนดวยอนภาคอนๆ ตวอยางของอนภาคทไมคงตว ไดแก โพสตรอน (Positron) ซงมสมบตคลายอเลกตรอน แตมประจเปนบวก นวตรโน (Neutrino) ทเกดในปฏกรยานวเคลยรมมวลนอยมากจนเกอบเปนศนย และมซอน(Meson) ซงมมวลอยระหวางโปรตอนกบอเลกตรอน และเชอกนวามสวนชวยใหโปรตอนและนวตรอนสามารถยดเหนยวอยดวยกนไดภายในนวเคลยส

ตารางท 1.2 อนภาคทไมคงตวภายในอะตอม อนภาค สญลกษณ มวล (amu) ประจ (esu) ชนดของประจ

โพสตรอน นวตรโน มซอน

ดวทรอน แอลฟา

e+ , + , +1e

21 D , d

, 42 He

0.000540 -

0.156 0.118

2.01416 4.00276

4.8209 x 10-12

0 4.8209 x 10-12 4.8209 x 10-12 4.8209 x 10-12 9.6056 x 10-12

+1 0

+1 , -1 +1 , -1

+1 +2

ใบงานท 1.1 , 1.2 ,1.3 และ 1.3.1 การพฒนาแบบจ าลองอะตอม แบบจ าลองอะตอมของทอมสน แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด อนภาคมลฐานของอะตอม

******************* 1. การทดลองใดทพสจนวาอะตอมประกอบดวยอเลกตรอน ก. ใชหลอดรงสแคโทด ข. ยงอนภาคแอลฟาผานแผนทองค า ค. ใชอปกรณตรวจการน าไฟฟา ง. ดดวยกลองจลทรรศนอเลกทรอนกส 2. รงสแคโทดทเกดขนเมอผานกระแสไฟฟาเขาไปในหลอดทดลองทมความดนอากาศต ามาก เกดจากสง

ใดในหลอดแกว ก. เกดจากแกสและฉากเรองแสง ข. เกดจากแคโทดและแกสทบรรจในหลอด ค. เกดจากแคโทดและฉากเรองแสง ง. เกดจากแกสแคโทดและฉากเรองแสง

15

3. จากรป

การทดลองเรองหลอดรงสแคโทด มจดประสงคในการทดลองอยางไร ก. ศกษาสมบตทางไฟฟาของรงสแคโทด ข. ศกษาแหลงก าเนดและทศทางของรงสแคโทด ค. ทดสอบสมบตเกยวกบมวลของรงส ง. ทดสอบเพอหาคาประจตอมวลของรงสแคโทด

4. จากผลการทดลองทปรากฏตามรปขอ 3 จะท าใหไดขอมลเกยวกบเรองใดบาง ก. ชนดของประจไฟฟาของรงสแคโทด ข. ทศทางของการเคลอนทของรงสแคโทด ค. ชนดของอนภาคของรงสแคโทด ง. ขอ ก และ ข

5. จากรปประจทพงกระทบฉากเรองแสง A และ B คอประจชนดใด

ก. ประจบวก , ประจลบ ข. ประจลบ , ประจบวก ค. ประจลบ , ประจเปนกลาง ง. ประจบวก , ประจเปนกลาง 6. นวตรอนเปนกลางทางไฟฟาเพราะเหตใด

ก. มประจไฟฟาบวกและลบเทากน ข. เปนอนภาคทไมมประจทงบวกและลบ ค. อนภาคเคลอนทไมได ง. อนภาคมความเสถยรมาก

7. ขอแตกตางระหวางแบบจ าลองอะตอมของทอมสนและรทเทอรฟอรด คอขอใด ก. แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดมนวตรอนแตทอมสนไมมนวตรอน ข. ต าแหนงของอนภาคในอะตอม ค. ขนาดของอะตอมของทอมสนเลกกวาของรทเทอรฟอรด ง. จ านวนอเลกตรอน

ใชขอมลตอไปนตอบค าถามขอ 8 – 9 1) อนภาคแอลฟา 4) การเบยงเบนไปจากฉากทคาดไว 2) หลอดรงสแคโทด 5) เครองก าเนดไฟฟาศกยสง 3) ฉากเรองแสง 6) แผนโลหะทองค าบาง ๆ

8. ในการทดลองเพอสรปวา อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมโปรตอนรวมกนอยตรงกลาง … ใชขอมลจากหมายเลขใดบาง

ก. 1,3,4,6 ข. 2,3,4,5 ค . 1,5,6 ง. 1,3,4,5

16

9. ในการทดลองเพอคนพบอเลกตรอน เกยวของกบขอมลหมายเลขใด ก. 1,2,4,6 ข. 2,3,4,5 ค. 1,2,4,5 ง . 2 เทานน 10. ทภาวะใด แกสน าไฟฟาดทสด

ความดน (mmHg) ความตางศกยระหวางขว (Volt) 760 10

100 10

100 10,000 10,000

220 11. หลงจากรทเทอรฟอรดพบวาเมอยงอนภาคแอลฟาผานแผนโลหะทองค าบางๆ แลวเขาสรปวาอยางไร

ก. มวลของอะตอมอยทนวเคลยส ข. นวเคลยสมประจบวก ค. นวเคลยสเลกมาก ง. ถกทกขอ

12. ผลการทดลองใชหลอดรงสแคโทดเพอหาโครงสรางอะตอมซง เจ.เจ.ทอมสน สรปไดวา ก. อนภาคมประจเปนลบและค านวณหาอตราสวนของประจตอมวลของอนภาคได ข. อะตอมประกอบดวยนวเคลยสอยตรงกลาง มประจบวก มขนาดเลกและมวลมาก สวนอเลกตรอนซง

มประจลบวงอยรอบนวเคลยส ค. จ านวนประจลบของอเลกตรอนเทากบ ประจบวกและเรยกอนภาคโปรตอน ง. อนภาคมประจเปนลบและค านวณหาประจและมวลของอเลกตรอนไดดวย

13. รทเทอรฟอรดตงสมมตฐานวาอะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมประจบวกเพราะ ก. อนภาคบางสวนทชนแผนทองค า จะทะลผานทองค าไมได ข. อนภาคแอลฟาบางสวนทชนแผนทองค า จะบายเบนจากแนวเสนตรงเดมหรอสะทอนกลบ ค. อนภาคอลฟาทยงไปยงแผนทองค าจะเบยงเบนจากแนวเสนตรงเดมหมดทกอนภาค ง. อนภาคแอลฟาทยงไปยงแผนทองค า สวนใหญจะเบยงเบนไปจากแนวเสนตรงเดมหมดทกอนภาค

14. ขอมลใดททราบการทดลองโดยใชหลอดรงสแคโทด (En 22) ก. นวเคลยสของธาตมโปรตอน ข. สสารทกชนดประกอบดวยอเลกตรอน ข. รงสบวกจะเปนโปรตอน ง. อนภาคแอลฟาหนกกกวาโปรตอน

15. ในการทดลองของรทเทอรฟอรด ,ไกเกอร และมารลเดน พบวา ยง อนภาคไปยงแผนทองค าบางๆ ปรากฏวาอนภาคสวนใหญเคลอนทเปนเสนตรงทะลแผนทองค าไปอนภาคอกสวนหนงทะลผานไปแตเบยงเบนไปจากแนวเสนตรง มสวนนอยทสะทอนกลบ ถาแบบจ าลองอะตอมของทอมสนถกตองการทดลองเชนเดยวกนนควรใหผลเชนไร (En 27) ก. ใหผลเชนเดยวกบการทดลองของรทเทอรฟอรด ,ไกเกอร และ มารลเดน ข. อนภาคสวนใหญจะถกดดหายไปในแผนทองค า ค. อนภาคทถกสะทอนกลบจะมากกวาในการทดลองของรทเทอรฟอรด,ไกเกอร.และมารลเดน ง. อนภาคทงหมดจะสะทอนกลบ

ก ข ค ง

17

ใบความรท 1.3.2 เรอง เลขมวล เลขอะตอมและไอโซโทป *********************

1.3.2 เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป จากการคนพบนวตรอนท าใหทราบวาแบบจ าลองอะตอมประกอบดวยอนภาคมลฐาน 3 ชนด คอ อเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน เพอความสะดวกในการเขยนโครงสรางของอะตอม นกวทยาศาสตรจงไดก าหนดสญลกษณตาง ๆ แทนอนภาคมลฐานเหลานนขนมา คอ เลขอะตอม และเลขมวลของธาต เลขอะตอม (Atomic number) ใชสญลกษณ Z หมายถง ตวเลขทแสดงจ านวนโปรตอนทมอยใน

นวเคลยสของธาต อะตอมของธาตชนดหนง ๆ จะมจ านวนโปรตอนเฉพาะตวไมซ ากบธาตอน ๆ ธาตชนด

เดยวกนจะตองมจ านวนโปรตอนหรอเลขอะตอมเทากน ถาอะตอมทเปนกลาง จ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนโปรตอน เพราะฉะนน เลขอะตอม = จ านวนโปรตอน = จ านวนอเลกตรอน แตถาอะตอมไมเปนกลาง จ านวนอเลกตรอนจะไมเทากบโปรตอน เชน ไอออนบวกจะมโปรตอนมากกวาอเลกตรอน ไอออนลบ จะมโปรตอนนอยกวาอเลกตรอน เพราะฉะนน เลขอะตอม = จ านวนโปรตอน จ านวนอเลกตรอน เลขมวล (Mass number) ใชสญลกษณเปน A หมายถง ผลรวมของจ านวนโปรตอน และจ านวนนวตรอนในนวเคลยส เลขมวลไมใช มวลอะตอม เลขมวลจะตองเปนจ านวนเตมเสมอ แตมวลอะตอมอาจจะเปนเลขจ านวนเตมหรอไมกได สญลกษณนวเคลยร (Nuclear symbol) เปนสงทใชเขยนแทนโครงสรางของอะตอม โดยบอกรายละเอยดเกยวกบจ านวนอนภาคมลฐานของอะตอม วธการเขยนตามขอตกลงสากลคอ เขยนเลขอะตอมไวมมลางซาย และเลขมวลไวมมบนซายของสญลกษณของธาต เขยนเปนสตรทว ๆ ไปดงน สญลกษณนวเคลยร = A

Z X X คอ สญลกษณของธาต A คอ เลขมวล , Z คอ เลขอะตอม ถาให n = จ านวนนวตรอน จะสามารถหาความสมพนธระหวางเลขอะตอม เลขมวล และจ านวนนวตรอนไดดงน

เลขมวล = เลขอะตอม + จ านวนนวตรอน A = Z + n

ดงนน สญลกษณนวเคลยรจงท าใหทราบวาธาตดงกลาวนนมอเลกตรอน โปรตอนและนวตรอน อยางละเทาใด ตวอยาง จงค านวณจ านวนอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอน ของธาตซงมสญลกษณ

นวเคลยรดงตอไปน 2311 Na , 235

92 U , 126 C

วธท า จากสญลกษณนวเคลยร ZA X A คอ เลขมวล , Z คอ เลขอะตอม

A = Z + n , n = A - Z

18

ส าหรบ 2311 Na ม A = 23 , Z = 11

เพราะฉะนน n = 23 - 11 = 12 มอเลกตรอน = โปรตอน = 11 มนวตรอน = 12

ส าหรบ 23592 U ม A = 235 , Z = 92

เพราะฉะนน n = 235 - 92 = 143 มอเลกตรอน = โปรตอน = 92 มนวตรอน = 143

ส าหรบ 126 C ม A = 12 , Z = 6 เพราะฉะนน n = 12 - 6 = 6

มอเลกตรอน = โปรตอน = 6 มนวตรอน = 6 ไอโซโทป (Isotope) หมายถง อะตอมของธาตชนดเดยวกนทมโปรตอนเทากน (หรออเลกตรอนเทากน ) แตมเลขมวลและจ านวนนวตรอนตางกน (หรอมมวลตางกน) อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมจ านวนโปรตอนและอเลกตรอนเทากน แตจ านวนนวตรอนอาจจะ

ไมเทากนกได ซงมผลท าใหมวลตางกน อะตอมของธาตดงกลาวเรยกวาเปนไอโซโทป เชน 126 C , 13

6 C

และ 146 C เปนไอโซโทปกน

สญลกษณนวเคลยร จ านวนอเลกตรอน จ านวนโปรตอน จ านวนนวตรอน เลขมวล 126 C

136 C

146 C

6 6 6

6 6 6

6 7 8

12 13 14

จะเหนไดวาคารบอนทง 3 ชนด มอเลกตรอนและโปรตอนเทากน แตมจ านวนนวตรอนและเลขมวลไมเทากน จงเปนไอโซโทปกน การอานชอไอโซโทป ใหเรยกชอธาต แลวตามดวยเลขมวล เชน

126 C อานวา คารบอน 12 , 13

6 C อานวา คารบอน 13 146 C อานวา คารบอน 14 เปนตน

การเขยนสญลกษณนวเคลยรของไอโซโทป อาจจะเขยนแบบยอไดโดยเขยนเฉพาะสญลกษณของ

ธาตกบเลขมวลคกน เชน 126 C , 13

6 C และ 146 C

ไอโซโทปของธาตบางชนดอาจจะมชอเรยกโดยเฉพาะ เชน ธาตไฮโดรเจนม 3 ไอโซโทป และมชอเฉพาะดงน

11H เรยกวา โปรเตรยม ใชสญลกษณ H แทน 11 H

21 H เรยกวา ดวทเรยม ใชสญลกษณ D แทน 21 H

31H เรยกวา ตรเตรยม ใชสญลกษณ T แทน 31H

ธาตทเปนไอโซโทปกน ถงแมวาจะเปนธาตชนดเดยวกน แตมวลอะตอมจะไมเทากน รวมทงสมบตทางกายภาพแตกตางกนดวย แตสมบตทางเคมเกอบเหมอนกนทกประการ ธาตชนดหนงๆ อาจจะมไดหลายไอโซโทป บางไอโซโทปมอยในธรรมชาตแตบางไอโซโทปกสงเคราะหขนมาทงนเพอน าไปใชประโยชนในแงตางๆ กน ไอโซโทปของธาตชนดหนง ๆ มกจะมปรมาณ

19

ในธรรมชาตไมเทากน เชน ธาตไฮโดรเจนในธรรมชาตจะมโปรเตรยมอยถง 99.99 % ดงนนจงมดวทเรยมเพยงเลกนอย สวนตรเตรยมเปนไอโซโทปกมมนตรงส จงไมเสถยร ปจจบนมการใชไอโซโทปเพอประโยชนในดานตางๆ มากขน เชน

ใช 126 C เปนมาตรฐานเปรยบเทยบในการหามวลอะตอมของธาตตาง

ใช 146 C บอกอายของวตถโบราณ และใชศกษากลไกของการเกดปฏกรยาเคม

ใช 24 Na ในการแพทยเพอตรวจวงจรของโลหต

ใช 60 Co ส าหรบเปนแหลงก าเนดรงสแกมาเพอประโยชนทางการแพทยคอใชรกษาโรคมะเรง

ใช 131 I ส าหรบตรวจอาการผดปกตของตอมไทรอยด เปนตน ไอโซโทน (Isotone) หมายถง ธาตตางชนดกนทมจ านวนนวตรอนเทากน แตมเลขมวลและเลข

อะตอมไมเทากน เชน 188 O , 19

9 F เปนไอโซโทนกน มนวตรอนเทากนคอ n = 10 ธาต A Z n 188 O

199 F

18 19

8 9

10 10

จะเหนไดวาเฉพาะ n เทานนทเทากน แต A และ Z ไมเทากน จงเปนไอโซโทน ไอโซบาร (Isobar) หมายถง ธาตตางชนดกนทมเลขมวลเทากน แตมมวลอะตอมและจ านวน

นวตรอนไมเทากน เชน 3015 P กบ 30

14 Si มเลขมวลเทากนคอ 30 ธาต A Z n 3015 P 3014 Si

30 30

15 14

15 16

จะเหนไดวาเฉพาะ A เทานนทเทากน แต Z และ n ไมเทากน จงเปนไอโซบาร

จากสญลกษณนวเคลยร ZA Xn (เพอแสดงทง A , Z , n ) ถาตวใดตวหนงของ A , Z หรอ n

เทากนอก 2 ตวทเหลอจะไมเทากน เชน ถา A เทา Z และ n จะไมเทากน ตวอยาง จงเลอกธาตทเปนไอโซโทป ไอโซบาร และไอโซโทน จากธาตทก าหนดใหตอไปน

126 C , 13

6 C , 146 C , 10

5 B , 115 B , 14

7 N , 157 N , 16

8 O วธท า จากสญลกษณนวเคลยรทก าหนดให หาคาของ A , Z , n ไดดงน

ธาต A Z n 126 C

136 C

146 C

105 B

12 13 14 10

6 6 6 5

6 7 8 5

20

115 B

147 N

157 N

168 O

11 14 15 16

5 7 7 8

6 7 8 8

ไอโซโทป มโปรตอนหรอ Z เทากน ดงนนธาตทเปนไอโซโทปกน คอ 126 C , 13

6 C และ

146 C , 10

5 B และ 115 B , 14

7 N และ 157 N

ไอโซบาร ม A เทากน ธาตทเปนไอโซบารกน คอ 146 C และ 14

7 N

ไอโซโทน ม n เทากน ธาตทเปนไอโซโทนกน คอ 126 C และ 11

5 B , 136 C และ14

7 N , 157 N และ 16

8 O ไอโซโทป ไอโซบาร ไอโซโทน พจารณาจากขอมลตอไปน

C Isotope

Isobar C

N Isotone O

จากตวอยางน จะพบวา C และ N มเลขอะตอมเหมอนกน แตเลขมวลตางกนจดเปนไอโซโทปกน C และ N มเลขมวลอะตอมเหมอนกน แตเลขอะตอมตางกนจดเปนไอโซบารกน C และ O จ านวนนวตรอนของ 14C = 14 – 6 = 8 นวตรอนของ 16O = 16 – 8 = 8 กรณน C และ O จดเปนไอโซโทนกน สรปไดวา

Isotope คอ ธาตเดยวกนแตมมวลตางกน (เลขอะตอมเทากนแตเลขมวลตางกน)

Isobar คอ ธาตตางกนแตมเลขมวลเทากนแตเลขอะตอมตางกน Isotone คอ ธาตตางกนแตมจ านวนนวตรอนเทากน

ใบงานท 1.3.2 เรอง เลขมวล เลขอะตอมและไอโซโทป *********************

1. จงตอบค าถามตอไปน ก. ถาอะตอมของธาตมเลขอะตอมเทากบ 10 แสดงวามจ านวนโปรตอนเทากบ ……..และจ านวนอเลกตรอน

เทากบ………และถาธาตดงกลาวมเลขมวลเทากบ 21 จะมจ านวนนวตรอน = ....……………………. ข. ถาสญลกษณของ Br เลข 35 คอ………………. และเลข 80 คอ ……………………………….. ค. ไอโซโทปของธาตเดยวกนจะตองม………..………… เหมอนกน แตม……………………….ตางกน

12 6

14 6

14 7

16 8

12 6

14 6

14 7

14 6

14 6

16 8 14

6 16 8

80 35

21

ง. อนภาคทมประจลบในอะตอมคอ ….……อนภาคทมประจบวกในอะตอมคอ …………อนภาคทเปนกลางทางไฟฟา คอ……………………………………………………………………………………..

จ. ในอะตอมทเปนกลางจะมจ านวน………..……………เทากบจ านวน…………………….………….. ฉ. ธาตคใดตอไปนจดเปนไอโซโทป

ตอบ……………………………………………………………………………………………….. 2. จงเตมขอมลในตารางทวางใหครบทกชอง

ธาต เลขอะตอม จ านวนอนภาคมลฐานในอะตอม เลขมวล สญลกษณนวเคลยร โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน

Na 11 23 Mg 12 24 Ca 20 20 O 8 8 Co Co P 15 16

3. จงเตมตวเลขในตารางทวางอยในครบทกชอง จ านวนโปรตอน จ านวนนวตรอน จ านวนอเลกตรอน เลขอะตอม เลขมวล

32 73 14 14 28 59

48 64 115 77

4. จงเตมตวเลขในตารางทวางใหครบทกชอง (เลขอะตอมของธาตเปดดจากตารางธาตได) ธาต เลขอะตอม เลขมวล จ านวนโปรตอน จ านวนนวตรอน จ านวน e

Bromine- 81 81 Boron – 11 5

35 Cl 17 52 Cr 52

Ni – 60 Sr – 90

Lead - 206

ธาต A B C D

เลขมวล 53 53 52 54 เลขอะตอม 25 24 24 25

60 27

22

5. ธาต A มประจในนวเคลยสเปน 4 เทาของประจในนวเคลยสของ Na และมเลขมวลเปน 2 เทา ของธาต Ti จงบอกจ านวนอนภาคมลฐานของธาต A………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………… ……… 6. A เปนธาตทม 2 ไอโซโทป พบวาไอโซโทปชนดแรกมนวตรอน 143 อนภาค และอเลกตรอน 92 อนภาค สวนไอโซโทปชนดหลงมจ านวนนวตรอนเปน 1.6 เทาของจ านวนโปรตอนของมน จงเขยนสญลกษณนวเคลยรของไอโซโทปของ …………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………… 7. ธาต P และ Q เปนธาตทมเลขมวลเทากน ธาต P เมอเปนไอออนจะมสตร P2- ซงม 18 อเลกตรอนเทากบธาต Q ถาธาต P มจ านวนนวตรอน 20 อนภาค สญลกษณนวเคลยรของธาต Q เปนอยางไร ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… 8. ถาตองการท าใหธาต A เปลยนเปนธาต X แสดงวามการเปลยนแปลงจ านวนอนภาคชนดใดและจ านวนเทาไร………………………………………………………………………………………………….. 9. ถาตองการท าใหธาต A เปลยนไปเปน B 2+ (B เปนธาตสมมตอก 1 ธาต ) จะตองเปลยนแปลงจ านวนอนภาคมลฐานอยางไร…………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………… จงเลอกค าตอบทถกตองทสด 10. อนภาคใดมจ านวนอเลกตรอนทงหมดเทากบจ านวนอเลกตรอนของคลอรนอะตอม

(เลขอะตอม H = 1 , O = 8 , F = 9 , Ne = 10 , S = 16 , Cl = 17 ) (En 32) ก. OF2 ข. Ne- ค. OH- ง. S- 11. ถาไอโซโทปหนงของธาตชนดหนงมประจในนวเคลยสเปน 2 เทาของ C และมเลขมวลเปน 3 เทา ธาตไอโซโทปนจะมอนภาคมลฐานอยางละกอนภาค (En 31)

จ านวนอเลกตรอน จ านวนโปรตอน จ านวนนวตรอน ก ข ค ง

6 6 6 12

12 2

12 12

39 3

27 27

12. เลขอะตอม หมายถง (โควตา มข.30) ก. ผลรวมของจ านวนโปรตอนและนวตรอน ข. ผลรวมของจ านวนอเลกตรอนและโปรตอน

ค. ผลรวมของจ านวนอเลกตรอนและนวตรอน ง. ตวเลขแสดงจ านวนโปรตอน 13. กลมธาตตอไปน กลมใดเปนไอโซโทปซงกนและกน (โควตา มข. 30) ก. A B C ข. X X X ค. K L M ง. D E F

48 22

28 14

34

18

16 6

17 7

18 8

19 8

20 8

21 8

32 19

33 20

34 21

13 9

14 10

15 11

24 11

3115

28 14

35 17

13 6

23

14. ถาไอโซโทปของธาตชนดหนงมประจในนวเคลยสเปน 13 เทาของประจในนวเคลยสของไฮโดรเจนและมเลขมวลเทากบ 27 เทา ของไฮโดรเจน ธาตไอโซโทปนจะมอนภาคมลฐานอยางละกอนภาค (โควตา มข.30) ก. p = 13 , n = 14 , e = 13 ข. P = 13 , n = 13 , e = 14 ค. p = 27 , n = 14 , e = 13 ง. p = 27 , n = 13 , e = 14 15. อนภาคในขอใดมจ านวนนวตรอนเทากบจ านวนอเลกตรอน ก. Na+ ข. He 2+ ค. Be ง. F - 16. X และ Y เปนอะตอมของธาตซงเปนไอโซโทปกน X มผลตางระหวางเลขอะตอมกบเลขมวลเทากบ b

และ Y มจ านวนอเลกตรอนเทากบ a และมผลบวกของจ านวนโปรตอนกบนวตรอนเทากบ c สญลกษณนวเคลยรของธาต X และ ธาต Y คอขอใด

ก. X , Y ข. X , Y ค. X , Y ง. X , Y

17. ธาต X มประจบวกทนวเคลยสเปน 12 เทาของประจทนวเคลยสของไฮโดรเจนและมเลขมวลอะตอมเทากบ 24 ธาต X มจ านวนอนภาคขนพนฐานรวมกนเปนเทาใด

ก. 24 ข. 36 ค.48 ง. 60 18. ธาตทมลกษณะดงขอใดจงจดเปนไอโซโทปกนได

ก. เลขอะตอมตางกนแตเลขมวลอะตอมเทากน ข. จ านวนประจบวกทนวเคลยสเทากนแตจ านวนนวตรอนตางกน ค. จ านวนโปรตอนเทากนแตจ านวนเวเลนซอเลกตรอนตางกน ง. อะตอมมกนมเบอรเทากนแตผลบวกของจ านวนโปรตอนกบนวตรอนตางกน

19. จงพจารณาขอมลตอไปน 1) ธาต X มอเลกตรอนเทากบ 21 และเลขมวลเทากบ 45 จะมจ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนอเลกตรอนของ 24Cr 3+

2) 33 As2- มจ านวนนวตรอนเทากบจ านวนนวตรอนใน Br - 3) ไอโซโทปของ 17Cl ชนดหนงมเลขมวลเทากบ 37 จะมจ านวนโปรตอนเทากบธาตทมเลขอะตอม 17 4) 20 Ca2+ มจ านวนอเลกตรอนนอยกวา 19 K

+ ขอใดถกตอง ก. 1 และ 2 ข. 2 และ 4 ค. 1 และ 3 ง. 3 และ 4

20. คลอรนเลขมวลอะตอม 35.5 เลขอะตอม 17 แสดงวาคลอรนเกดในธรรมชาต จะตองมสวนประกอบดงน

โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน (En 20) ก ข ค ง

18 18 17 17

17 17 หรอ 19 18 หรอ 20

18

18 17 17 17

23 11

4 2

9 4

19 9

a + b

a

c

a a + c

a b + c

a b + c

c a + b

c c a

a + c

a

68 35

24

21. จงเลอกขอความทถกตองทสด (En 20) ก. นวเคลยสของ 17 Cl - มประจลบ ข. 11Na+ มจ านวนอเลกตรอนมากกวา 8O

2- สามอเลกตรอน ค. Cl มจ านวนอเลกตรอนมากกวา S อยหนงอเลกตรอน

ง. S กบ Cl มจ านวนอเลกตรอนเทากน 22. อะตอมของธาตชดใดทตางมนวตรอนเทากบจ านวนโปรตอน ก. C , O ข. Li , O ค. Mg, Cl ง. C , S 23. X และ Y เปนอะตอมของธาตชนดเดยวกน มเลขมวลอะตอม 26 และ 27 ตามล าดบ ถา Y ม 14 นวตรอน จ านวนอเลกตรอนของ X เปนเทาใด ก. 12 ข. 13 ค. 14 ง. 15 24. X และ Y เปนอะตอมของธาตซงเปนไอโซโทปกน ถา X มจ านวนนวตรอนในนวเคลยสเทากบ b และ Y มจ านวนอเลกตรอนเทากบ a และมเลขมวลเทากบ c เลขมวลอะตอม X และจ านวนนวตรอนของ Y มคาเรยงล าดบดงขอใด ก. a + b กบ c – a ข. a + b กบ a – c ค a + b กบ a + c ง. a -b กบ c -a 25. ไอโซโทปของธาต A มเลขอะตอม 8 มเลขมวล 16 ขอความทเกยวของกบธาต Aขอใดถกตอง(En 25) ก. ธาต A คอ ออกซเจน ข. ธาต A ม 8 นวตรอน ค. ธาต A มโปรตอน 8 และอเลกตรอน 8 ง. ถกทกขอ 26. ธาต X เมอเปนไอออนมสตร X- แลวมจ านวนอเลกตรอนเทากบ 10 ถาเลขมวลของ X= 18 องคประกอบของนวเคลยส X เปนอยางไร ( เทยบ 24) ก. จ านวนโปรตอน = 7 นวตรอน = 11 ข. จ านวนโปรตอน = 8 นวตรอน = 10 ค. จ านวนโปรตอน = 9 นวตรอน = 9 ง. จ านวนโปรตอน = 9 นวตรอน = 10 27. ทกธาตขางลางประกอบดวยโปรตอน , นวตรอน และอเลกตรอน ยกเวนธาตใด ก. H ข. He ค. Cl - ง. Na 28. สญลกษณของธาตทมจ านวนอเลกตรอน 91 จ านวนนวตรอน 140 คอขอใด ก. Pa ข. Pa ค. Pa ง. Pa 29. ไอโซโทปของธาต X มประจทนวเคลยสเปน 16 เทาของประจทนวเคลยสของไฮโดรเจนและธาต X มผลตางระหวางเลขมวลกบเลขอะตอมเทากบ 16 ธาตนมสญลกษณนวเคลยร ดงขอใด (En 27) ก. X ข. X ค. X ง. X 30. ถาไอโซบาร หมายถงอะตอมทมแมสนมเบอรเทากนจงเลอกไอโซบารจาก C , C , N , O (En 30) ก. C กบ C ข. C กบ O ค. C กบ N ง. C กบ O

37 17

35 16

35 16

37 17

12 6

16 8

5 3

16 8

24 12

35 17

14 6

32 16

1 1

4 2

35 17

23 11

91 140

140

91

231 91

91 231

32 16

16 32

16

8

32 8 12

6

12 6

12 6

14 6

14 6

14 6

14 6

14 7

14 7

16 8

16 8

16 8

25

31. ถาหากกวาอะตอมทมจ านวนนวตรอนเทากนเรยกวาไอโซโทนอะตอมคใดเปนไอโซโทนกน (เทยบ 23) 1) C 2) N 3) O 4) C 5) Li

ก. 1 , 2 ข. 1, 3 ค. 1 , 4 ง. 2 , 5 32. สงทแสดงวาอะตอมของธาตหนงแตกตางจากอะตอมของธาตอกธาตหนงคอขอใด (เทยบ 23) ก. เลขมวล ข. จ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงานนอกสด ค. จ านวนนวตรอน ง. จ านวนโปรตอน 33. C กบ Mg , 2 อะตอมนมอะไรเหมอนกน (En 19) ก. จ านวนโปรตอน ข. จ านวนนวตรอน ค. จ านวนโปรตอนเทากบจ านวนนวตรอน ง. จ านวนโปรตอนรวมกบจ านวนนวตรอน

ใบความรท 1.4 แบบจ าลองอะตอมของโบร

*********************

1.4 แบบจ าลองอะตอมของโบร แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด ใชอธบายเกยวกบการทดลองยงอนภาคแอลฟาไปทแผนทองค า แตอธบายปญหาบางอยางไมได เชน ท าไมโปรตอนซงมประจบวกจงรวมกนเปนนวเคลยสได และท าไมอเลกตรอนซงมประจลบจงเคลอนทรอบ ๆ นวเคลยสได หลงจากการคนพบนวตรอน สามารถอธบายเหตผลทโปรตอนสามารถรวมกนเปนนวเคลยสได 2 ลกษณะดงน

1. โปรตอนและนวตรอนทจะเปลยนกลบไปกลบมาได

ถา 10

n คอ นวตรอน และ 11

p คอ โปรตอน จะเขยนสมการแสดงการเปลยนแปลงกลบไปกลบมาระหวางโปรตอน และนวตรอนไดดงน

Neutron + Positive charge Proton

หรอ 10 n + 0

1e 11 p

และ Proton + Negative charge Neutron

หรอ 11p + 01 e 1

0 n จะเหนไดวา โปรตอนสามารถเปลยนไปเปนนวตรอนไดโดยอาศยอเลกตรอน และนวตรอนสามารถ

เปลยนเปนโปรตอนไดโดยโปสตรอน ( 01 e )ซงเปนอนภาคทไมเสถยรภายในนวเคลยส การทโปรตอนและ

นวตรอนสามารถจะเปลยนกลบไปกลบมาไดจงกอใหเกดแรงยดเหนยวระหวางอนภาคทงสอง ซงท าใหอนภาคทงสองอยดวยกนได และท าใหนวเคลยสมความเสถยร 2. พจารณาในแงของประจ เนองจากนวตรอนไมมประจไฟฟาจงเปนกลางทางไฟฟา นวตรอนจงไมมแรงดดหรอแรงผลกระหวางอนภาค ดงนนจงท าหนาทเชอม (Cement) ระหวางโปรตอนกบโปรตอน โดยการแทรกอยระหวางโปรตอนกบโปรตอนซงท าใหโปรตอนอยในระหวางลดแรงผลกลงได จงท าใหโปรตอนอยรวมกนได

14 6

14

7

16

8

15

6 7

3

12 6

24 12

26

จะเหนไดวาแบบจ าลองอะตอมใหมทมนวตรอนสามารถอธบายการรวมตวกนของโปรตอนในนวเคลยสได แตยงไมสามารถอธบายไดวาอเลกตรอนอยรวมกนรอบ ๆ นวเคลยสไดอยางไร อเลกตรอนทงหมดอยรวมกนหรอมการแบงกลม ๆ หรอมตวกลางแบบเดยวกบนวตรอนในนวเคลยส นอกจากนยงไมสามารถอธบายไดวาเหตใดเมอเผาสารประกอบชนดตาง ๆ สของเปลวไฟจงไมเหมอนกน นกวทยาศาสตรไดพยายามศกษาลกษณะของการจดเรยงอเลกตรอนรอบ ๆ อะตอม โดยแบงการศกษาออกเปน 2 สวน สวนแรกเปนการศกษาเกยวกบสเปกตรมของอะตอมซงจะท าใหทราบวาภายในอะตอมมการจดระดบพลงงานเปนชนๆ ในแตละชนจะมอเลกตรอนบรรจอย สวนทสองเปนการศกษาเกยวกบพลงงานไอออนไนเซชน เพอจะดวาในแตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนบรรจอยไดกตว

1.4.1 สเปกตรม สเปกตรม หมายถง อนกรมของแถบสหรอ หรอเสนทไดจากการผานพลงงานรงสเขาไปในสเปกโตรสโคป ซงท าใหพลงงานรงสแยกออกเปนแถบหรอเปนเสนทมความยาวคลนตาง ๆ เรยงล าดบกนไป สเปกโตรสโคป (Spectroscope) หรอสเปกโตรมเตอร (Spectrometer) หมายถง เครองมอทใชแยกสตามความถ หรอเครองมอทใชศกษาเกยวกบสเปกตรม สเปกตรม แบงเปน 2 ประเภท คอ ก. สเปกตรมแบบตอเนอง (Continuous spectrum) เปนสเปกตรมทประกอบดวยแถบสทมความถตอเนองกนไปอยางกลมกลนกน เชน สเปกตรมของแสงอาทตย ข . สเปกตรมไมตอเนอง (Discontinuous spectrum) หรอเรยกเสนสเปกตรม ลกษณะของสเปกตรมจะเปนเสนหรอแถบสเลกๆ ทไมเกดตอเนองกนไป แตมการเวนชวงของความถทเสนสเปกตรมเกด เชน สเปกตรมธาตไฮโดรเจน ธาตฮเลยม เปนตน สเปกตรมทไมตอเนองจะมบทบาททส าคญในการศกษาโครงสรางอะตอม เนองจากอะตอมของธาตตาง ๆ จะมเสนสเปกตรมเฉพาะตวคลายกบลายนวมอของคนแตละคนทไมเหมอนกน ส าหรบสเปกตรมของธาต ถาพลงงานรงสเกดจากการเปลยนแปลงของอะตอม จะเรยกวา “อะตอมมกสเปกตรม (Atomic spectrm) ”

ความยาวคลน (Wavelength) ใชสญลกษณเปน (อานวา แลมบดา ) เปนสมบตทส าคญของคลนหมายถง ระยะทางทคลนเคลอนทครบ 1 รอบพอด (คอระยะทางจากจด ก. ถงจด ข . ในรป หรอระยะทางจากจดปลายหนงไปยงอกปลายหนง) ความยาวคลนมหนวยเปนเมตร (m) หรอหนวยยอยของเมตร เชน นาโนเมตร (nm) โดย 1 nm = 10-9 เมตร

27

ความถของคลน ใชสญลกษณเปน (อานวา นว) หมายถง จ านวนรอบของคลนทเคลอนทผานจดใดจดหนงในเวลา 1 วนาท ความถของคลนจงมหนวยเปนจ านวนรอบตอวนาท ( S-1 หรอ cycle/s) หนวยนมชอเรยกอกอยางหนงวาเฮรตซ (Hertz) หรอใชสญลกษณเปน Hz แอมปลจด (Amplitude) คอ ความสงของยอดคลน คลนทจะศกษากนในทนเปนคลนแมเหลกไฟฟาในชวงความยาวคลนระหวาง 380 ถง 700 nm ซงเปนชวงคลนทมความยาวและความถทประสาทตาของคนจะรบไดเรยกคลนแมเหลกไฟฟาชวงดงกลาวนวา “แสงขาว (Visible light)” ส าหรบชวงอน ๆ นอกจากนจะไมน ามาศกษาเนองจากประสาทตาไมสามารถจะรบได เชน ชวงอลตราไวโอเลต (Ultraviolet หรอตวยอคอ U.V.) อนฟ ราเรด (Infrared หรอตวยอ I.R.) และไมโครเวฟ (Microwave) เปนตน

ตารางท 1.3 สมบตของคลนในชวงความยาวตาง ๆ กน บางชวง

ชวงคลน ความยาวคลน (m) ความถคลน (Hz) อลตราไวโอเลต

แสงขาว อนฟราเรด ไมโครเวฟ

1 x 10-7 - 3 x 10-7 3 x 10-7 - 7 x 10-7

2.5 x 10-6 - 3 x 10-5 1 x 10-3 - 3 x 10-1

1.5 x 1015 0.6 x 1015 3.0 x 1013 3.0 x 1010

หมายเหต ความถคลนนเปนคาเฉลยเรยกวา Typical frequency

การศกษาเกยวกบสเปกตรมนมมาตงแตสมยนวตน โดยใชปรซมแยกแสงอาทตยออกเปนแถบสรวม 7 ส ซงภายหลงเคอรชอฟ (Gustav Krchhoff) ชาวเยอรมน ไดประดษฐสเปกโตรสโคปขน ใชในการแยกสเปกตรมของแสงขาว และตอมาบนเสน (Robert Bunsen) ไดน าความรเกยวกบสเปกตรมไปวเคราะหแรชนดตาง ๆ ซงท าใหทราบวาแรนนมธาตอะไรเปนองคประกอบ

เมอใหแสงขาวสองผานปรซม แสงขาวจะแยกออกเปนแถบสตาง ๆ ตอเนองกน 7 ส เหมอนสรง คอ สมวง คราม น าเงน เขยว เหลอง สม และแดง นกวทยาศาสตรเรยกแถบสตอเนองกนทง 7 สนวา “ สเปกตรมของแสงสขาว ” การทแสงขาวสามารถแยกออกเปนสเปกตรมสตาง ๆ กนกเนองจากแสงขาวประกอบดวยสตาง ๆ ทง 7 ส ซงมความยาวคลนตาง ๆ จะท าใหเกดการหกเหตามขนาดของมมตาง ๆ แสงทมความยาวคลนไมเทากนจะเกดการหกเหในปรซมไดไมเทากน ซงท าใหเกดการแยกออกเปนแถบแสงสตาง ๆ และตอเนองกนเปนแถบสเปกตรม

28

ตารางท 1.4 แถบสของสเปกตรมของแสงขาว

สของสเปกตรม ความยาวคลน (nm) มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง สม แดง

380 - 420 420 - 460 460 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700

ส าหรบคลนแมเหลกไฟฟาในชวงอน ๆ กมการหกเหเมอผานปรซมหรอผานตวกลางเชนเดยวกน แตไมสามารถมองเหนไดเหมอนแสงขาว การศกษาสเปกตรมของคลนแมเหลกไฟฟาไดรบความสนใจเปนอยางมากนกวทยาศาสตร ซงตอมา มกซ พลงค (Max Planck) นกวทยาศาสตร ชาวเยอรมน ไดพบวาคลนแมเหลกไฟฟาหรอแสงเปนพลงงานรปหนงและพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟามสวนสมพนธกบความถและความยาวของคลนโดยสรปเปนกฎวา “ พลงงานของคลนแมเหลกแมเหลกไฟฟาจะเปนสดสวนโดยตรงกบความถของคลนนน ” เขยนเปนความสมพนธไดดงน

E และ E = h

เมอ E = พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา (หนวยเปน จล ) h = คาคงทของพลงค (Plank , constant) = 6.625 x 10-34 Js = ความถของคลนแมเหลกไฟฟา (Hz หรอ s-1) เรยกสมการดงกลาวนวากฎของพลงค ในการศกษาเกยวกบคลนโดยทว ๆ ไปมกจะวด เปนความยาวคลน ซงความยาวคลนมสวนสมพนธกบความถของคลนดงน c = และ =

c

เมอ c คอความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศ หรอความเรวแสงในสญญากาศนนเอง c = 2.998 x 108 ms-1 หรอ โดยประมาณ c = 3.0 x 108 ms-1 จากความสมพนธของความยาวคลนของความยาวคลนแมเหลกไฟฟา ท าใหสามารถเขยนกฎของพลงค เพอแสดงความสมพนธระหวางพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟากบความยาว และความถของคลน ไดดงน E = h = h

c

เนองจากแสงขาวประกอบดวยแสงสตาง ๆ รวม 7 ส แตละสมลกษณะเปนแถบสเปกตรมจงมความยาวคลนเปนชวง ดงนนคาของความถและพลงงานจงเปนชวงดวย การค านวณเกยวกบพลงงาน ของคลน จงตองระบความยาวคลนหรอความถทแนนอนดวย เชน แสงสเขยวมความยาวคลนระหวาง

29

490 – 580 nm จะมพลงงานอยระหวาง 4.06 x 10-19 และ 3.43 x 10-19 จล ถาแสงสเขยวทมความยาวคลน 520 nm จะมพลงงาน 3.82 x 10-19 จล เปนตน

ตารางท 1.5 พลงงาน ความยาว คลน และความถ คลนของแสงสขาว

สของสเปกตรม ความยาวคลน (nm) ความถคลน (Hz) พลงงาน (J) มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง สม แดง

380 - 420 420 - 460 460 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700

7.89 x 1014 - 7.14 x 1014 7.14 x 1014 - 6.52 x 1014 6.52 x 1014 - 6.12 x 1014 6.12 x 1014 - 5.17 x 1014 5.17 x 1014 - 5.08 x 1014 5.08 x 1014 - 4.62 x 1014 4.62 x 1014 - 4.29 x 1014

5.23 x 10-19 - 4.73 x 10-19 4.73 x 10-19 - 4.32 x 10-19 4.32 x 10-19 - 4.06 x 10-19 4.06 x 10-19 - 3.43 x 10-19 3.43 x 10-19 - 3.37 x 10-19 3.37 x 10-19 - 3.06 x 10-19 3.06 x 10-19 - 2.84 x 10-19

จากตารางจะเหนไดวาในแสงขาวซงมสตาง ๆ รวม 7 ส แสงสมวงจะมความยาวคลนสนทสด แตมความถสงสด และมพลงงานสงสด ในขณะทแสงสแดงมความยาวคลนมากทสด แตมความถต าสดและมพลงงานต าทสด หรอพจารณาจากสตร E = h = h

c

ถา มาก และ E จะนอย แตถา นอย และ E จะมาก ตวอยาง 1 จงค านวณความถของคลนและพลงงานของแสงสเหลองทมความยาวคลนเทากบ 5.8 x 10-7 m วธท า จากสตร E = h = h

c

c = 3.0 x 108 m/s = 5.8 x 10-7 m h = 6.625 x 10-34 Js

E = 6.625 x 10-34 x 7

8

108.5

100.3x

x = 3.4 x 10-19 J

= 5.2 x 1014 s-1 แสงสเหลองมความถ 5.2 x 1014 s-1 และมพลงงาน 3.4 x 10-19 J ตวอยาง 2 พลงงานไอออนไนเซชน Li2+ มคา 1.961 x 10-17 จล จะมความยาวชวงคลนก nm (ก าหนด h = 6.625 x 10-34 Js และ c = 2.998 x 108 m/s) วธท า จากสตร E = h

c

E = 1.96 x 10-17 J h = 6.625 x 10-34 Js c = 2.998 x 108 m/s

แทนคา 1.96 x 10-17 J = 6.625 x 10-34 Js x

810x998.2

= 1.013 x 10-8 m = 10.13 x 10-9 m = 10.13 nm

30

ตวอยาง 3 คลนแมเหลกไฟฟาทมความถ 8.5 x 104 Hz จะมพลงงานและความยาวคลนเทาใด วธท า จากสตร E = h

c = h

h = 6.625 x 10-34 Js c = 2.998 x 108 m/s = 8.5 x 104 Hz

E = 6.625x10-34 Js x

810x998.2 = 6.625 x 10-34 x 8.5 x 104 Hz = 5.63 x 10 -29 J

=

c

8.5 x 104 Hz =

810x998.2

= 3.53 x 103 m คลนแมเหลกไฟฟามพลงงาน 5.63 x 10 -29 J และมความยาวคลน 3.53 x 103 m ตวอยาง 4 เสนสเปกตรมของไฮโดรเจน 2 เสน คอเสนสมวงมความยาวคลน 410 nm และเสนสน าเงนมความยาวคลน 434 nm จะมพลงงานตางกนเทาใด วธท า จากสตร E = h = h

c

c = 3.0 x 108 m/s h = 6.625 x 10-34 Js ส าหรบเสนสมวง ; = 410 nm = 4.10 x 10-7 m

E = 6.625 x 10-34 Js x 7

8

10x10.4

10x0.3

= 4.85 x 10-19 J

ส าหรบเสนสมวง ; = 434 nm = 4.34 x 10-7 m

E = 6.625 x 10-34 Js x 7

8

10x34.4

10x0.3

= 4.58 x 10-19 J

มพลงงานตางกนเทากบ 4.85 x 10-19 J - 4.58 x 10-19 J = 2.7 x 10-20 J ตวอยาง 5 ธาตชนดหนงเมอน าไปเผาไฟ จะเกดเสนสเปกตรมหลายเสน จากการทดลองพบวาเสนสเปกตรมเสนหนงมพลงงาน 4.0 x 10-19 J สเปกตรมเสนดงกลาวจะมความยาวและความถคลนเปนเทาใด และมสอะไร วธท า E = h

c

E = 4.0 x 10-19 J h = 6.625 x 10-34 Js c = 2.998 x 108 m/s

จะได 4.0 x 10-19 J = 6.625 x 10-34 Js x

810x998.2

= 497 x 10-9 m = 497 nm

จาก =

c = 9

8

10x497

10x998.2

= 6.04 x 1014 Hz

สเปกตรมเสนนมความยาวคลน 497 นาโนเมตร ความถ 6.04 x 1014 Hz และตรงกบสเขยว (ชวงสเขยวอยระหวางความยาวคลน 490 - 580 นาโนเมตร)

31

ใบงานท 1.4 ก แบบจ าลองอะตอมของโบร

******************** 1. พลงงานทนอยสดทอะตอมของธาต X รบเขาไวเพอเปลงแสงทมความยาวคลน 4.358 x 10- 7 m เปนก J ก าหนดใหความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาเปน 3 x 108 m.sec- 1 …………………………………………………………………………………………………….. ………… …………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………… 2. คลนแมเหลกไฟฟามความยาวคลน 300 nm จะมความถและพลงงานเทาใด ก าหนดใหคาคงทของแพลงค = 6.625 x 10 – 34 จลวนาท และความเรวของคลนแมเหลกไฟฟา = 3 x 108 m.sec- 1 ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… 3. จงค านวณ ก. ความถของคลนแสงทมความยาวคลน 408 nm ……………………………………………………………………………………………………………….. ข. ความยาวคลนในหนวยเมตรและนาโนเมตร (nm) ของคลนทมความถ 1.015 x 108 Hz …………………………………………………………………………………………………….. ……… …………………………………………………………………………………………………….. ……… 1.4.2 เสนสเปกตรมของธาตและการแปลความหมาย เนองจากแบบจ าลองอะตอมทโปรตอนและนวตรอนรวมกนเปนนวเคลยส และมอเลกตรอนวงอยรอบๆ นวเคลยสนนสามารถอธบายไดแตเพยงวาท าไมโปรตอนจงอยรวมกนเปนนวเคลยสได แตไมสามารถอธบายไดวาท าไมอเลกตรอนซงมประจเปนลบเหมอนกน จงอยรวมกนรอบ ๆ นวเคลยส ไมไดบอกใหทราบวาอเลกตรอนทงหมดเหลานนอยในทเดยวกน หรอมการแบงเปนกลมๆ อยางไร นอกจากน เมอมการศกษาการเผาสารซงพบวาสารประกอบทมโลหะตางกน จะใหสของเปลวไฟตางกน แบบจ าลองดงกลาวน กไมสามารถอธบายไดวา สของเปลวไฟนนเกดขนจากอะไร และเกดขนไดอยางไร โดยเฉพาะอยางยงเมอศกษาสของเปลวไฟดวยสเปกโตรสโคปซงจะเหนเปนเสนสเปกตรมทมสตางๆ กน แบบจ าลองนกไมสามารถอธบายไดเชนเดยวกน แสดงวาแบบจ าลองนยงไมถกตอง นกวทยาศาสตรจงพยายามสรางแบบจ าลองอะตอมใหมขนมาเพอใชอธบายปรากฎการณดงกลาว ในการศกษาสของเปลวไฟทเกดขนจากการเผาสาร มกจะเหนเพยงสเดยวซงเปนสทเหนเดนชดทสด ทงนเนองจากตาของคนไมสามารถทจะแยกสทมความถตางๆ ทผสมกนอยออกจากกนได จงมองเหนเฉพาะสทเดนชดทสดเพยงสเดยวเทานน แตถาใชสเปกโตรสโคปซงเปนเครองมอแยกสตามความถของแสง

32

จะเหนเปนเสนทมสตางๆ กนหลายเสนซงเรยกวา เสนสเปกตรม แตอยางไรกตามเสนสเปกตรมทเดนชดมความเขมของสมากทสด จะเปนสเดยวกบทมองเหนดวยตาเปลา

ตารางท 1.6 สของเปลวไฟทเกดจากการเผาสารเมอดดวยตาเปลา และใชเสนสเปกโตรสโคป

สารประกอบ สของเปลวไฟเมอดดวยตาเปลา สของเสนสเปกตรมทเดนชดทสด NaCl

Na2SO4 BaCl2 BaCO3 CaCl2 CaSO4

เหลอง เหลอง

เขยวอมเหลอง เขยวอมเหลอง

แดงอฐ แดงอฐ

เหลองเขม เหลองเขม เขยว เขยว แดงเขม แดงเขม

CuCO3 CuSO4 MgCl2 MgCO3

LiCl Li2CO3 SrCl2 SrCO3

เขยว เขยว มวง มวง

แดงเลอดนก แดงเลอดนก แดงเลอดนก แดงเลอดนก

เขยวเขม เขยวเขม มวงเขม มวงเขม แดงเขม แดงเขม แดงเขม แดงเขม

ถาเปรยบเทยบเทยบสเปกตรมของสารตาง ๆ กบสเปกตรมของแสงอาทตยและแสงจากหลอดฟลออเรสเซนตจะพบวา สเปกตรมทเหนจากแสงอาทตยมลกษณะเปนแถบทมแสงสเจดสตอเนองกน ทเรยกวาสเปกตรมแบบตอเนอง เนองจากเปนสเปกตรมของแสงขาวนนเอง ส าหรบสเปกตรมของหลอด ฟลออเรสเซนตนอกจากจะเหนเปนแถบสแบบสเปกตรมของแสงขาวเปนพนแลว ยงมเสนปรากฏในแถบสเปกตรมดวย เรยกวาเสนสเปกตรม ซงจดวาเปนสเปกตรมทไมตอเนอง เสนสเปกตรมทเหนเดนชดทสดคอ เสนสเขยว ซงเกดจากธาตทบรรจไวในหลอดฟลออเรสเซนตนน ลกษณะของเสนสเปกตรมจะคลายกบสเปกตรมทไดจากการเผาสาร ส าหรบลกษณะของสเปกตรมหรอสของเปลวไฟของสารประกอบตาง ๆ ทเกดจากโลหะชนดเดยว กน จากตารางทผานมาจะเหนไดวาไดเสนสเปกตรมทมลกษณะเหมอนกนทกประการทงต าแหนงของเสนสเปกตรม ถงแมวาจะมอโลหะตางชนดกน เชน กรณของสารประกอบโซเดยม ไมวาจะเปน NaCl หรอ Na2SO4 จะเหนสของเสนสเปกตรมทเดนชดทสดเปนสเหลองเขมเหมอนกน อยในต าแหนงเดยวกน หรอมความยาวคลนเทากนทงๆ ทสารประกอบโซเดยมนนมอโลหะตางกนคอ Cl- กบ SO4

2- แสดงวาเสนสเปกตรมนนไมไดเกดจากอโลหะ ถาเกดจากอโลหะสหรอต าแหนงของเสนสเปกตรมของ NaCl หรอ Na2SO4

ควรจะตางกน ส าหรบสเปกตรมของสารประกอบคอน ๆ ทมโลหะชนดเดยวกนและมอโลหะตางชนดกนกใหผลเชนเดยวกนกบกรณของเกลอโซเดยม คอใหสเปกตรมเหมอนกนเมอเปนโลหะชนดเดยวกน ดงนนจงสรปไดวา “เสนสเปกตรมเกดจากอะตอมสวนทเปนโลหะไมไดเกดจากสวนทเปนอโลหะ”

33

เนองจากลกษณะของเสนสเปกตรมขนอยกบชนดของโลหะ โลหะชนดเดยวกนจะใหสเปกตรมทเหมอนกน และแตกตางจากสเปกตรมของโลหะอน ๆ สเปกตรมของธาตชนดตาง ๆ จะมลกษณะเปนแบบเฉพาะตวทงต าแหนง ส และจ านวนเสนสเปกตรม สเปกตรมของโลหะชนดเดยวกน ไมวาโลหะนนจะเปนธาตบรสทธหรออยในรปของสารประกอบจะตองมลกษณะเหมอนกน คอ มจ านวนเสนของสเปกตรมเทากน แตละเสนมสเดยวกน(อาจจะมความเขมของสไมเทากน) และต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละเสนจะ ตองเหมอนกน ถาเปนสเปกตรมของโลหะตางชนดกนจะตองไมเหมอนกน สของสเปกตรมและจ านวนเสนของสเปกตรมอาจจะเหมอนกน แตต าแหนงของเสนสเปกตรมทงหมดจะตองไมตรงกน การทสเปกตรมเปนสมบตเฉพาะตวของธาต ท าใหสามารถน ามาใชในแงของการวเคราะหชนดของธาตได เชน หาสเปกตรมของแรตางๆ เปรยบเทยบกบสเปกตรมของธาตทรจกดอยแลวเพอจะวเคราะหไดวาแรนนประกอบดวยธาตอะไรบาง สเปกตรมไมไดเกดเฉพาะจากโลหะอยางเดยวเทานน อโลหะกใหสเปกตรมเชนเดยวกน แตเปนสเปกตรมทเกดในชวงของความถทตาเรามองไมเหน โดยสรป 1. สเปกตรมเปนสมบตเฉพาะตวของธาตชนดหนง ๆ ซงแตกตางจากธาตชนดอน 2. สเปกตรมของโลหะชนดเดยวกนไมวาจะอยในรปของธาตบรสทธ หรอในสารประกอบจะตองมลกษณะเหมอนกนทงหมด ทงในแงของจ านวนเสนสเปกตรม สของแตละเสน (อาจจะมสเขมไมเทากน ) และ ต าแหนงของเสนสเปกตรม 3. สเปกตรมของโลหะตางชนดกนจะไมเหมอนกน สของเสนสเปกตรมอาจจะเหมอนกน แตต าแหนงของเสนสเปกตรมทงหมดจะไมตรงกน ส าหรบสารทอยในสถานะแกสกสามารถจะตรวจดสเปกตรมไดเชนเดยวกนแตไมใชโดยการน าแกสมาเผาเหมอนกบสเปกตรมของโลหะ สเปกตรมของแกสจะท าไดโดยน าแกสมาบรรจในหลอดแกวโดยท าใหมความดนต าและใชพลงงานจากไฟฟาแทนการเผา เมอแกสทบรรจอยในหลอดแกวไดรบพลงงานเพยงพอกจะเรองแสงใหสตางๆ ซงตาของคนไมสามารถจะบอกความแตกตางได แตถาใช สเปกโตรสโคปสองดจะเหนเปนเสนสเปกตรม เชนเดยวกบสเปกตรมของโลหะ แกสแตละชนดจะใหเสนสเปกตรมทมลกษณะไมเหมอนกน เมอเผาสารประกอบของโลหะตางชนดกน จะไดเปลวไฟทมสตาง ๆ กน สของเปลวไฟกคอสวนของพลงงานทแปรรปมาจากพลงงานความรอนนนเอง แสดงวาหลงจากทสารไดรบความรอนเขาไปแลวจะมการคายพลงงานสวนหนงออกมาในรปของแสง การทมสตาง ๆ กนแสดงวา พลงงานทคายออกมานนมคาไมเทากน พลงงานทคายออกมาจะมสวนเกยวของกบความถหรอความยาวของคลนแสง ตามกฎของ พลงค ถาโลหะนนคายพลงงานออกมาตรงกบความถของแสงสใด จะเหนเปนเปลวไฟสนน ซงถาดจาก สเปกโตรสโคปกจะเหนเปนเสนสสเปกตรมทมสเดยวกน เนองจากการเกดสเปกตรมขนอยกบพลงงานทคายออกมา ดงนนการอธบายการเกดสเปกตรมจงตองตงอยบนสมมตฐานทวา อะตอมจะตองมโครงสรางทสามารถรบพลงงานและคายพลงงานได

34

นกวทยาศาสตรไดพยายามน าแบบจ าลองอะตอมตาง ๆ ทมอยมาอธบายการเกดสเปกตรมของธาตแตปรากฏวาไมไดผล จงคดวาแบบจ าลองอะตอมทมอยนนยงไมถกตอง จะตองมการแกไขและเพมเตมบางสงบางอยางเพอใหน ามาอธบายการเกดสเปกตรมได ดงนนจงสรางสมมตฐานเกยวกบแบบจ าลองอะตอมขนมาใหม โดยใหโครงสรางของอะตอมสามารถทจะมการถายเทพลงงานได คอใหอะตอมเปนทรงกลมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมกนเปนนวเคลยส และมอเลกตรอนโคจรอย รอบ ๆ ซงอเลกตรอนทโคจรอยนกระจายอยรอบ ๆ นวเคลยสในระยะตางกน

รปท 1.18 โครงสรางอะตอมแบบใหม

ทงนก าหนดลกษณะของอะตอมดงน 1. อะตอมแบงออกเปนชน ๆ แตละชนจะมพลงงานประจ าตวซงมคาไมเทากน เรยกวามระดบพลงงานตางกน ระดบพลงงานภายในอะตอมจะเปนชวง ๆ ไมตอเนอง 2. ระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสมากทสดจะมพลงงานต าสด (คอ E1) เรยกวาระดบพลงงานในสภาวะพน (ground state) ระดบพลงงานทตออกไปอก คอ E2 , E3 , . …. จะมพลงงานสงขนตามล าดบ ระดบพลงงานนอกสดของอะตอมจะมพลงงานในตวสงสด

รปท 1.19 การจดระดบพลงงานรอบ ๆ นวเคลยส

ตงแตระดบพลงงาน E2 , E3 , . …. เปนตนไป เรยกรวมกนวา Allowed state energy

3. อเลกตรอนทกระจายอยในระดบพลงงานเหลาน จะตองมพลงงานในตวเทากบพลงงานประจ าระดบนนจงจะอยในสภาวะทเสถยร และสามารถโคจรอยในระดบพลงงานนนได เชน อเลกตรอนทจะโคจรอยในระดบพลงงานท 1 จะตองมพลงงาน E1 และอเลกตรอนทอยในระดบพลงงานท 2 จะตองมพลงงาน E2 เปนตน ถาอเลกตรอนมพลงงานเปลยนไปจากเดมจะท าใหไมเสถยร เชน อเลกตรอนทอยในระดบ E1 เมอไดรบพลงงานเพมขนจะขนไปอยในชน E2 , E3 , . …. ซงท าใหไมเสถยร อเลกตรอนจะพยายามกลบมาสต าแหนงเดมเพอใหอยในภาวะทเสถยรตามเดม โดยการคายพลงงานสวนหนงออกมา พลงงานของอเลกตรอนซงเคลอนทอยรอบ ๆ นวเคลยสประกอบดวยพลงงานศกย (คอพลงงานทเกดจากแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบโปรตอนหรอกบนวเคลยส ) และพลงงานจลน (คอ พลงงานทเกด

35

จากการเคลอนทของอเลกตรอน) ปกตอนภาคทกชนดจะอยในภาวะทเสถยรทสดเมอมพลงงานในตวต าทสด ดงนนในภาวะปกตผลรวมของพลงงานทงสองชนดของอเลกตรอนจะมคาต าสด (สมมตใหเปน E1 ซงกคอ

พลงงานในสภาวะพน (ground state) นนเอง เมอมการเผาหรอใสไฟฟาเขาไป อะตอมจะไดรบพลงงานเพมขน ท าใหอเลกตรอนมพลงงานสงขนสมมตใหเปน E2 ซงเรยกวา “ภาวะกระตน Excited state energy” ในภาวะทถกกระตนนอเลกตรอนจะมพลงงานสงขน ซงท าใหไมเสถยร และจะพยายามปรบตวกลบเขาสภาวะปกตดงเดม ในการกลบคนสภาวะปกต หรอภาวะพนตามเดมนน อเลกตรอนจะตองคายพลงงานออกมาเทากบพลงงานทไดรบเขาไป พลงงานจ านวนนจะเทากบผลตางของพลงงานทงสองระดบ

ถาให E = พลงงานทอเลกตรอนคายออกหรอไดรบเขาไป E = E2 - E1

พลงงานทอเลกตรอนคายออกมา (E) สวนใหญจะปรากฏอยในรปของพลงงานแสงเปนเสนสเปกตรมทมสตาง ๆ ถาอเลกตรอนมเพยง 2 ระดบพลงงาน เสนสเปกตรมควรจะปรากฏเปนเสนเดยว แตจากการพจารณาเสนสเปกตรมของธาตตาง ๆ พบวามมากกวา 1 เสน ทงสน เชน ธาตไฮโดรเจนมเสนสเปกตรมทปรากฏอยในชวงแสงขาวถง 4 เสนดวยกน แตละเสนจะมความยาวคลนและพลงงานแตกตางกนดงในตารางตอไปน

ตารางท 1.7 ความยาวคลนและพลงงานของเสนสเปกตรมของไฮโดรเจน

สของสเปกตรม ความยาวคลน (nm) พลงงาน (kJ) สมวง สน าเงน สน าทะเล สแดง

410 434 486 656

4.84 x 10-22 4.57 x 10-22 4.08 x 10-22 3.02 x 10-22

พลงงานทอเลกตรอนดดและคายออกในการเปลยนระดบพลงงาน การทไฮโดรเจนมเสนสเปกตรมใหเหนถง 4 เสน แสดงวาภายในอะตอมจะตองไมไดมเพยง 2 ระดบพลงงานเทานน แตคงจะตองมมากกวาน และการทความยาวคลนไมไดตอเนองกน แสดงวาระดบพลงงานในอะตอมควรจะเปนชวงไมตอเนองกน ระดบพลงงานในอะตอมของไฮโดรเจนจะตองมระดบท 3, 4, …. ตอ ๆ ไป ซงจดเปนชน ๆ การทมระดบพลงงานหลายระดบ แตละระดบมคาพลงงานคงทท าใหผลตางระหวางระดบพลงงานคหนง ๆ มคาไมเทากน แตเปนคาคงท เชน

E = E2 - E1 E = E3 - E1 E = E4 - E1 เมอผลตางของระดบพลงงานคหนง ๆ มคาไมเทากน พลงงานในสวนทคายออกมาจงมคาไมเทากนดวย ท าใหมเสนสเปกตรมไดหลายเสน ดงในรปตอไปน

36

รปท 1.20 แผนผงการเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจน

เมออเลกตรอนไดรบพลงงานเพมขนจนขนไปอยในระดบ E2 , E3 , E4 และ E5 ซงอยในภาวะทถกกระตนท าใหไมเสถยร อเลกตรอนจะปรบตวใหกลบสภาวะทเสถยรตามเดม โดยเปลยนจากระดบพลงงานสงมาสระดบพลงงานต า (E1) ซงจะคายพลงงานออกมาจ านวนหนง เชน อเลกตรอนจากระดบ E2 กลบสระดบ E1 จะคายพลงงาน E1 ตามกฎของพลงค พลงงานจะมสวนสมพนธกบความยาวคลน คอ

E1 = E2 - E1 = h1 = 1

hc

ดงนนพลงงานสวนทคายออกมาจะมความยาวคลน 1 ซงในกรณของไฮโดรเจน 1 = 656 nm ตรงกบความยาวคลนของสแดง จงท าใหเหนเปนเสนสเปกตรมสแดงท 656 nm ส าหรบการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนจาก E3 , E4 และ E5 มายง E1 กเชนเดยวกน

E2 = E3 - E1 = h2 = 2

hc

E3 = E3 - E1 = h3 = 3

hc

E4 = E4 - E1 = h4 = 4

hc

2 จะตรงกบความยาวคลน 486 nm ซงเปนความถของสน าทะเล 3 จะตรงกบความยาวคลน 434 nm ซงเปนความถของสน าเงน

4 จะตรงกบความยาวคลน 410 nm ซงเปนความถของสแดง ดงนนจงเหนสเปกตรมรวม 4 เสนดงกลาว

สของเสนสเปกตรมเสนตางๆ จะมความเขมไมเทากน ซงแสดงวาการเปลยนแปลงพลงงานในระดบตาง ๆ มความถในการเกดไมเทากน การเปลยนแปลงพลงงานในชวงใดทเกดมาก ความเขมขนของส

กจะเขมมาก เชน ถาสน าทะเลมความเขมของสเหนเดนชดทสดแสดงวาการเปลยนแปลงทระดบ E2 (ความยาวคลน 486 nm) มความถมากทสด เมอพจารณาผลตางระหวางพลงงานของระดบพลงงานคทอยถดกนของเสนสเปกตรมของไฮโดรเจนจะไดดงน

37

ตารางท 1.8 ผลตางระหวางพลงงานของเสนสเปกตรมของไฮโดรเจน

สของสเปกตรม ความยาวคลน (nm) พลงงาน (kJ) ผลตางระหวางพลงงานของเสนสเปกตรมทอยถดกน (kJ)

สมวง สน าเงน สน าทะเล สแดง

410 434 486 656

4.84 x 10-22 4.57 x 10-22 4.08 x 10-22 3.02 10-22

2.7 x 10-23 4.9 x 10-23 10.6 x 10-23

จะเหนไดวาผลตางระหวางพลงงานของระดบพลงงานคทอยถดกนแตละค จะไมเทากนตลอด ความแตกตางจะมคานอยลงตามล าดบ เมอระดบพลงงานสงขน กลาวไดวา ระดบพลงงานยงสงขนจะยงอยชดกนมากขน ดงในรป 1.20 แสดงแผนผงการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนของไฮโดรเจน สรปการเกดสเปกตรมของธาต 1. เมออเลกตรอนไดรบพลงงานจะถกกระตนใหขนไปอยระดบพลงงานทสงขน ซงจะขนไปอยระดบใดยอมขนกบปรมาณพลงงานทไดรบ การทอเลกตรอนขนไปอยในระดบพลงงานทสงขนนท าใหอะตอมไมเสถยร อเลกตรอนจงพยายามกลบมาสระดบพลงงานเดมโดยการคายพลงงานออกมาคาหนงซงเทากบพลงงานทไดรบเขาไป พลงงานสวนใหญทคายออกมาจะอยในรปของคลนแมเหลกไฟฟา ซงปรากฎเปนเสนสเปกตรมทมสตาง ๆ กนใน สเปกโตรสโคป 2. การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอน ไมจ าเปนจะตองเกดระหวางระดบพลงงานทอยถดกน แตอาจจะมการเปลยนขามขนได จงเปนเปนเหตใหมเสนสเปกตรมเกดขนไดหลายเสน 3. ภายในอะตอมซงแบงพลงงานเปนชน ๆ ระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสจะต าทสด และระดบพลงงานทอยหางจากนวเคลยสมากทสดจะมคาสงสด ดงนน อเลกตรอนในระดบพลงงานต าจงอยใกลนวเคลยสมากกวาอเลกตรอนในระดบพลงงานสง 4. ระดบพลงงานต า ๆ จะอยหางกน และเมอสงขนจะอยชดกนมากขน กลาวคอ ยงระดบพลงงานสงขนจะยงอยชดกนมากขน 5. เสนสเปกตรมของธาต แสดงใหเหนถงพลงงานทอเลกตรอนคายออกมา เมอเปลยนจากระดบพลงงานสงมาสระดบพลงงานทต ากวา แบบจ าลองอะตอมของ นลส โบร จากผลการศกษาเกยวกบการเกดสเปกตรมของธาต ท าใหนกวทยาศาสตรพบวาอเลกตรอนทอยรอบ ๆ นวเคลยสนนไมไดอยรวมกนทเดยวทงหมด แตแบงออกเปนกลม ๆ ตามระดบพลงงานตาง ๆ รอบ ๆ นวเคลยส ในป พ.ศ. 2428 - 2505 นลส โบร (Neils Bohr) นกวทยาศาสตรชาวเดนมารก ไดน ามาสรางแบบจ าลองอะตอมขนใหมโดยขยายจากแบบจ าลองรทเทอรฟอรด ดงน “อะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอนรวมเปนนวเคลยส และมอเลกตรอนในอะตอมวงอย

รอบ ๆ นวเคลยสเปนชน ๆ ตามระดบพลงงาน”

38

แบบจ าลองอะตอมของนลส โบรท าใหเหนมโนภาพเกยวกบการจดอเลกตรอนภายในอะตอมรอบๆ นวเคลยส ซงเปรยบเสมอนกบระบบสรยจกรวาลทมดวงอาทตยอยตรงกลาง และมดาวเคราะหโคจรอย รอบ ๆ นอกจากน โบรยงไดก าหนดสญลกษณส าหรบพลงงานชนตาง ๆ ไวดวย โดยใหระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสทสดเปนชน K และชนถด ๆ ไปเปนชน L, M, N, …ซงในปจจบนเรยกระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสทสดวาระดบพลงงาน n = 1 และระดบพลงงานถดออกไปเปน n = 2, n = 3, n = 4,…. ตามล าดบ

รปท 1.21 แบบจ าลองอะตอมของโบร

แบบจ าลองอะตอมของโบรใชอธบายการเกดสเปกตรมไดด โดยเฉพาะกบอะตอมทมขนาดเลก และมอเลกตรอนเดยว เชน อะตอมของไฮโดรเจน แตไมสามารถใชอธบายอะตอมทมหลาย ๆ อเลกตรอนได นอกจากนยงทราบแตเพยงวาอเลกตรอนภายในอะตอมมการจดเรยงตวเปนชน ๆ ตามระดบพลงงาน แตไมทราบวาในแตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนอยกตว จงไดมการคนควาเพมเตม และเปนเหตใหแบบจ าลองอะตอมเปลยนไปอก

ใบงานท 1.4 แบบจ าลองอะตอมของโบร

**************************** 1. ในสเปกตรมของไฮโดรเจนชดของบาลเมอร จะปรากฏเสนสเปกตรมในชวงแสงขาวถง 4 เสน การเกด

สเปกตรมเกดเนองจาก (โควตา มช. 31) ก. อเลกตรอนทระดบพลงงานสงตางๆ คายพลงงานออกมาเพอกลบสสภาวะทมระดบพลงงานต า ข. อเลกตรอนทระดบพลงงานต าดดกลนพลงงานตาง ๆ แลวไปสระดบพลงงานทสงกวา ค. ไฮโดรเจนอะตอมเสยอเลกตรอนกลายเปนไฮโดรเจนไอออน( H+) ในสภาวะแกส ง. ไฮโดรเจนอะตอมรบอเลกตรอนแลวเกดเปนไฮโดรเจน (H-) ในสถานะแกส 2. เสนสเปกตรมมประโยชนในการตรวจสอบแรธาต ๆ วามธาตใดเปนองคประกอบ เพราะเกดจากความถ

ของรงสของอเลกตรอนในอะตอม (โควตา มข.30) ก. เมอไดรบพลงงานสงขนอเลกตรอนขนไปอยในระดบพลงงานทไดรบแตไมเสถยร จะกลบลงมาส

สภาวะปกต คายพลงงานออกมาในรปของแสงเปนเสนสเปกตรม ข. เกดการคายพลงงานออกมาในรปของแสงเปนเสนสเปกตรม ค. ซงจะเพมตามขนาดของอะตอม ง. จะมความสมพนธกบมวลอะตอม

39

3. จากรประดบพลงงานตอไปน 3. 1. EZ EX 2.

E1 EY E3 E0 E0 E2 E0 สามารถเรยงล าดบความยาวคลนจากนอยไปมากไดดงขอใด ก. 1,2,3 ข. 2,1,3 ค. 3,1,2 ง. 3,2,1 4. จากรประดบพลงงานในขอ 3 สามารถเรยงล าดบความถของคลนจากนอยไปหามากไดดงขอใด ก. 1,2,3 ข. 2,1,3 ค. 3,1,2 ง. 3,2,1 5. ขอความขอใดถกตอง เกยวกบการเกดสเปกตรมของธาตตาง ๆ

ก. อะตอมของธาตรบพลงงานเขามาเพอท าใหอเลกตรอนหลดจากอะตอม ข. อะตอมของธาตรบพลงงานเขามาท าใหอเลกตรอนยายไปอยในระดบพลงงานทสงขน ค. อเลกตรอนในอะตอมถกกระตนจงคายพลงงานออกมาเพอจะไดขนมาอยในระดบพลงงานทสงขน ง. อเลกตรอนในอะตอมทถกกระตนจะคายพลงงานออกมาเพอจะไดมาอยในระดบพลงงานต า ๆ เหมอนเดม

6. พลงงานของแสงชนดตาง ๆ ขนอยกบ (โควตา มข.32) ก. ความเขมของแสง , แสงทมความเขมหรอความสวางจามากจะมพลงงานสงมาก ข. ความถของคลนแสง แสงทมความถสงจะมพลงงานสงความ ค. ความยาวของคลนแสง แสงทมยาวคลนมากจะมพลงงานสง ง. ถกทกขอ

7. ขอใดเรยงล าดบพลงงานจากมากไปหานอย (โควตา มข.32) ก. อนฟราเรด , แสงสมวง , อลตราไวโอเลต , รงสเอกซ ข. รงสเอกซ , อลตราไวโอเลต , แสงสมวง , อนฟราเรด ค. รงสเอกซ , แสงสมวง , อลตราไวโอเลต , อนฟราเรด ง. อนฟราเรด , อลตราไวโอเลต , แสงสมวง , รงสเอกซ

8. การเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนของธาตหนงเปน ดงรป E4 E3 E2 E1

การเรยงล าดบความยาวคลนของเสนสเปกตรม A , B , C จากมากไปหานอยขอใดถกตอง ก. A,B,C ข. C,B,A ค. A,C,B ง. B,C,A

40

ค าชแจง ตารางแสดงขอมลเกยวกบเสนสเปกตรมของธาตไฮโดรเจน ใชตอบค าถาม 9 –13 เสนสเปกตรม ความยาวคลน (nm) ความถ (Hz) พลงงาน (kJ) สมวง สน าเงน สน าทะเล สแดง

410 -

486 656

- 6.89 x 1014

- -

4.84 X 10 - 22 - -

3.02 X 10 - 22

คาคงทของแพลงค 6.625 x 10 - 34 J.sec ความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาเทากบ 3 x 108 m.sec- 1 9. เสนสเปกตรมสมวงกบสน าเงนมพลงงานตางกนกกโลจล ก. 2.8 x 10 – 23 ข. 2.61 x 10 – 22 ค. 4.9 x 10 – 23 ง. 10.6 x 10 - 22 10. เสนสเปกตรมสน าเงนมความยาวคลน กนาโนเมตร ก. 435 ข. 420 ค. 416 ง. 410 11. เสนสเปกตรมสน าทะเลมพลงงานกกโลจล ก. 4.09 x 10 – 22 ข. 4.57 x 10 – 22 ค. 4.84 x 10 – 22 ง. 4.9 x 10 - 22 12. เสนสเปกตรมสแดงมความถก Hz

ก. 4.57 x 10 14 ข. 5.17 x 10 14 ค. 5.08 x 10 14 ง. 4.62 x 10 14 13. การเรยงล าดบความถของสเปกตรมทง 4 ส จากมากไปหานอยเปนดงขอใด ก. มวง > น าเงน > น าทะเล > แดง ข. แดง > น าทะเล > น าเงน > มวง ค. มวง > น าทะเล > น าเงน > แดง ง. แดง > มวง > น าเงน > น าทะเล 14. ขอความขอใดผด

ก. เมออเลกตรอนไดรบพลงงานจะถกกระตนใหขนไปอยในระดบพลงงานทสงขนไปอยในระดบ พลงงานใดยอมขนอยกบปรมาณพลงงานทไดรบ ข. การทอเลกตรอนถกกระตนขนไปอยในระดบพลงงานทสงขนท าใหอะตอมไมเสถยร อเลกตรอนจง

พยายามกลบสระดบพลงงานเดม โดยการคายพลงงานออกมาคาหนงซงเทากบพลงงานทรบเขาไป ค. การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนไมจ าเปนตองเกดระหวางระดบพลงงานทอยถดกน แตอาจ

มการเปลยนขามขนได จงเปนเหตใหเกดสเปกตรมขนไดหลายเสน ง. ระดบพลงงานต า ๆ จะอยใกลชดกน และเมอสงขนจะอยหางกนมากขน กลาวคอยงระดบพลงงาน

สงขนจะยงอยหางกนมากขน 15. เมอคอปเปอร(II)คลอไรดถกเผาจนรอนจดจะไดเปลวไฟสเขยวแกมฟา เพราะเหตใด (En 19)

ก. โมเลกลของเกลอหลอมเหลวแลวลกตดไฟ ข. อเลกตรอนในอะตอมของทองแดงไดรบพลงงานสงขน จงพยายามคายพลงงานสวนทเกนออกมาใน

รปของแสง ค. อเลกตรอนในอะตอมของทองแดงเคลอนทจากชนหนงๆ กลบไปกลบมาบางครงกหลดออกมา

กลายเปนพลงงานในรปของแสง ง. โปรตอนและนวตรอนในนวเคลยสเกดการสนสะเทอนและคายพลงงานออกมาในรปของแสง

41

16. จากการศกษาสเปกตรมของธาต M ปรากฏวาเสนสเปกตรมทชดทสด 3 เสนอยทความยาวคลน 470 , 580 , 650 นาโนเมตร ตามล าดบ ขอมลเกยวกบธาต M ขอใดถกตองมากทสด

ความแตกตางของระดบพลงงานท 1 และ 2 เสนสเปกตรมทแสดงถงระดบพลงงานสงสด ก ข ค ง

1.0 x 10 – 23 kJ 3.7 x 10 – 23 kJ 3.7 x 10 – 23 kJ 8.0 x 10 – 23 kJ

470 นาโนเมตร 470 นาโนเมตร 650 นาโนเมตร 650 นาโนเมตร

17. ขอความตอไปน ขอใด ไมถกตอง (En28) ก. ธาตแตละธาตมเสนสเปกตรมเปนลกษณะเฉพาะตวไมซ ากน ข. สมบตของแตละธาตมความสมพนธกบการจดอเลกตรอนในอะตอม ค. การเคลอนทของอเลกตรอนมทศทางแนนอน ง. เมอเผาสารประกอบสของเปลวไฟและเสนสเปกตรมทไดเกดจากสวนทเปนไอออนของโลหะ

18. จากระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมของธาต ถาให (En 28)

E1 = ผลตางของระดบพลงงานท n = 1 , n = 2 E2 = ผลตางของระดบพลงงานท n = 2 , n = 3 E3 = ผลตางของระดบพลงงานท n = 3 , n = 4 ความสมพนธ E ทง 3 มดงน

ก. E3 >E2>E1 ข. E1 >E3 >E2 ค. E3 >E1 >E2 ง. E1 > E2> E3 19. แสงสสมมความยาวคลน 620 นาโนเมตร เมอเปรยบเทยบกบแสงสครามซงมความยาวคลน 430 นาโน

เมตร ขอความขอใดถกตองทสด (En 29) ก. แสงสสมมพลงงานส.กวาแสงสคราม เนองจากมความถสงกวา ข. แสงสครามมพลงงานสงกวาแสงสสม เนองจากมความถต ากวา ค. แสงสครามมพลงงานสงกวาแสงสสม เนองจากมความถสงกวา ง. แสงสสมมพลงงานสงกวาแสงสคราม เนองจากมความถต ากวา

20. ความยาวคลนของเสนสเปกตรม 4 เสน A = 404 nm , B = 450 nm , C = 455 nm , D = 608 nm เสนสเปกตรมใดทแสดงวาอเลกตรอนมการเปลยนแปลงพลงงานนอยทสด (En 31)

ก. A เทานน ข. B และ C ค. C เทานน ง. D เทานน

42

แบบจ าลองอะตอมของโบร ใชอธบายปรากฏการณของสเปกตรมไดดเฉพาะกรณของไฮโดรเจน

เทานน สวนธาตทมหลายอเลกตรอน แบบจ าลองอะตอมของโบรอธบายไมได นกวทยาศาสตรในสมยปจจบนจงเสนอแบบจ าลองอะตอมอนใหมขนมา เรยกวา “ แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก “ แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก มลกษณะดงน คอ 1. อเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสอยางรวดเรวดวยรศมทไมแนนอน 2. ไมสามารถบอกต าแหนงทแนนอนของอเลกตรอนได บอกไดเพยงโอกาสทจะพบอเลกตรอนในบรเวณ

ตาง ๆ ปรากฏการณแบบนเรยกวา กลมหมอกอเลกตรอน บรเวณใดทมกลมหมอกอเลกตรอนหนาแนน แสดงวามโอกาสทจะพบอเลกตรอนมาก บรเวณใดทมกลมหมอกอเลกตรอนเบาบาง แสดงวามโอกาสทจะพบอเลกตรอนนอย

3. การเคลอนทรอบนวเคลยสอาจเปนรปทรงกลมหรอรปอนๆ แลวแตวาอเลกตรอนจะอยในระดบพลงงานใด

4. ผลรวมของกลมหมอกของอเลกตรอนทกระดบพลงงานจะเปนรปทรงกลม แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอกนสามารถอธบายเสนสเปกตรมของธาตไดกวางขวางกวา

แบบจ าลองอะตอมของโบร สรป ววฒนาการของแบบจ าลองอะตอมตงแตเรมตนจนถงปจจบน

……………..

……………..

………………

………………

………………

หลกฐานหรอขอมลทสนบสนนแบบจ าลองอะตอมของโบร กคอการเกดสเปกตรมเมอเผาสารประกอบ

ใบความรท 1.5 พลงงานไอออไนเซชน (Ionization energy) ******************************

1.5 พลงงานไอออไนเซชน (Ionization energy) พลงงานไอออไนเซชน หมายถง พลงงานปรมาณนอยทสดทท าใหอเลกตรอนหลดจากอะตอมใน

สถานะแกส พลงงานไอออไนเซชนเขยนยอ ๆ เปน IE ตวอยาง เชน เมอท าให H(g) กลายเปน H+(g)

H(g) H+(g) + e- ตองใชพลงงาน 1.318 MJ/mol พลงงาน 1.318 MJ/mol นคอ พลงงานไอออไนเซชนนนเอง จากการศกษาเสนสเปกตรมของไฮโดรเจนจะพบวาในขณะทอเลกตรอนยายจากระดบทมพลงงานต าขนไปสระดบพลงงานสงขนจะมการดดพลงงานเขาไปจ านวนหนง ซงเทากบพลงงานทอเลกตรอนคายออกมา เมอกลบมาสสภาวะเดมท าใหเกดเปนเสนสเปกตรมขน กรณของไฮโดรเจนจะพบวาสเปกตรมเสน

แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก

43

สมวงจะมพลงงานสงสด แตไมไดหมายความวา ถาใชพลงงานเทากบพลงงานของสเปกตรมสมวงแลว จะท าใหอเลกตรอนหลดออกไปจากอะตอมได เนองจากเสนสเปกตรมเพยงแตแสดงพลงงานทอเลกตรอนคายออก เมอกลบเขาระดบพลงงานในภาวะปกตเทานน ไมใชพลงงานทจะท าใหอเลกตรอนหลดออกไป ดงนนถาตองการใหอเลกตรอนของไฮโดรเจนหลดออกไปจะตองใชพลงงานมากกวาพลงงานของแสงสมวง อะตอมทเปนกลางทางไฟฟาจะมประจบวกในนวเคลยส (โปรตอน) เทากบประจลบของอเลกตรอนรอบ ๆ นวเคลยส เนองจากอเลกตรอนและโปรตอนมประจตางชนดกนจงมแรงดงดดระหวางกนเกดขน การทจะดงอเลกตรอนออกไดจะตองใสพลงงานเขาไปจนกระทงเอาชนะแรงดงดดระหวางอเลกตรอนตวนอกสดกบนวเคลยส พลงงานทใสเขาไปนคอ พลงงานไอออไนเซชนนนเอง พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 (IE1) พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 (IE1) คอ พลงงานไอออไนเซชนทใชส าหรบดงอเลกตรอนตวแรกออกจากอะตอมทเปนแกส เขยนเปนสมการทว ๆ ไปไดดงน

M(g) M+(g) + e- ; IE1 เชน Be(g) Be+(g) + e- ; IE1 = 0.906 MJ/mol หมายความวา ถาตองการดงอเลกตรอนตวทอยวงนอกสดของอะตอม Be ทเปนแกส จะตองใชพลงงานอยางนอย 0.906 MJ/mol ตวอยางอน ๆ เชน

Cl(g) Cl+(g) + e- ; IE1 = 1.257 MJ/mol Ne(g) Ne+(g) + e- ; IE1 = 2.087 MJ/mol พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 2 (IE2) พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 2 (IE2) คอพลงงานไอออไนเซชนทใชส าหรบดงอเลกตรอนตวทสองออกจากไอออนบวกทเปนแกส เขยนเปนสมการทว ๆ ไปไดดงน M+ (g) M2+(g) + e- ; IE2

เชน N+ (g) N2+(g) + e- ; IE2 = 2.862 MJ/mol Al+ (g) Al2+(g) + e- ; IE2 = 1.823 MJ/mol พลงงานไอออไนเซชนล าดบอน ๆ กพจารณาไดในท านองเดยวกน เขยนเปนสมการทว ๆ ไปได

ดงน คอ M(n)+ (g) M(n+1)+ (g) + e- ; IEn+1 ธาตไฮโดรเจนม 1 e จงมเพยง IE1 คาเดยว ธาตอน ๆ มหลายอเลกตรอนกจะม IE หลายคา ถาอะตอมของธาตหนงม n อเลกตรอน จะมพลงงานไอออไนเซชนไดถง n ล าดบ เชน ธาต He ม 2 อเลกตรอน จะมพลงงานไอออไนเซชน 2 ล าดบ ธาต Cl ม 17 อเลกตรอน จะมพลงงานไอออไนเซชน 17 ล าดบ ธาต Mg ม 12 อเลกตรอน จะมพลงงานไอออไนเซชน 12 ล าดบ เปนตน ในกรณทธาตนนเปนของแขงหรอของเหลว ในตอนแรกทใสพลงงานเขาไปจะไมไปใชดงอเลกตรอน แตจะใชในการเปลยนสถานะ ดงนนไมวาธาตจะอยในสถานะใด เมอไดรบพลงงานมากพอก

44

จะเปลยนภาวะมาเปนอะตอมในสถานะแกส และถาใหพลงงานตอไปอกจนท าใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอมทเปนแกส พลงงานสวนนจะเรยกวา พลงงานไอออไนเซชน ดงนน พลงงานทใชในการเปลยนแปลงตอไปนจงไมใชพลงงานไอออไนเซชน

M (s) M2+(g) + e- M (l) M+(g) + e-

M+ (g) M3+(g) + e- M+ (s) M+(aq) + e- M (l) M+(aq) + e- ฯลฯ คาพลงงานไอออไนเซชนของ 20 ธาตแรก เรยงล าดบตามเลขอะตอมแสดงไวในตารางท 1.9

ใบความรท 1.6 การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม ******************************

1.6 การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

จากตารางท 1.9 จะเหนไดวาคา IE ล าดบเดยวกนของแตละธาตมคาไมเทากน และธาตชนดเดยวกน IE ล าดบตาง ๆ กยงมคาไมเทากน IE1 ของธาตทกชนดจะมคาต าสดเมอเปรยบเทยบ IE ล าดบอน ๆ ดงทไดกลาวมาในตอนแรกแลว แสดงวาการท าใหอเลกตรอนตวแรกหลดออกจากอะตอมจะใชพลงงานนอยทสด เนองจากอเลกตรอนและนวเคลยสมแรงดงดดซงกนและกน การทอเลกตรอนตวแรกถกดงดดออกงายทสดแสดงวามแรงยดเหนยวนอยทสด จากการศกษาพบวาแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสขนอยกบปจจยหลายอยาง เชน ก. ขนกบระยะทางระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยส หรอขนาดของอะตอมนนเอง ถาอเลกตรอนอยใกลนวเคลยสมากจะมแรงดงดดมาก ท าใหมคาพลงงานไอออไนเซชนสง ในทางตรงกนขามถาอเลกตรอนอยหางจากนวเคลยสมากแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสจะนอย ท าใหมพลงงานไอออไนเซชนต า ข. ขนกบจ านวนประจบวกในนวเคลยส ซงถานวเคลยสมประจบวกมาก แรงดงดดจะมาก ท าใหม IE สง และถานวเคลยสมประจนอย แรงดงดดจะนอย ท าให IE ต า นอกจากนยงมปจจยอน ๆ อก ซงจะกลาวถงตอไป อยางไรกตามพบวาปจจยทส าคญทสดในการพจารณาคาของ IE คอระยะระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยส ถาอเลกตรอนหลาย ๆ ตวในอะตอมอยหางจากนวเคลยสดวยระยะทางใกลเคยงกน อเลกตรอนเหลานนจะมคา IE ใกลเคยงกนดวย แตถาอเลกตรอนอยหางจากนวเคลยสตางกนอยางเหนไดชด คา IE จะแตกตางกนมาก โดยอาศยคา IE ล าดบตาง ๆ ของธาต และตงสมมตฐานวาอเลกตรอนภายในอะตอมจะจดเรยงตวเปนกลม ๆ ดวย จ านวนอเลกตรอนในแตละกลมแตกตางกนออกไป แตละกลมจะอยหางจากนวเคลยสไมเทากน (อเลกตรอนในกลมเดยวกนจะอยหางจากนวเคลยสพอ ๆ กน ) กลมทอยใกลนวเคลยสมากทสดจะมคา IE สงสดและกลมทอยหางจากนวเคลยสมากทสดจะม IE นอยทสด ดงนนเมอน าธาตแตละชนดมาหา

45

IE ล าดบตาง ๆ ตงแตล าดบหนงจนถงล าดบสดทาย แลวน าคา IE มาจดเปนกลม จะท าใหทราบวาแตละกลมควรจะมอเลกตรอนกตว ดงนนการศกษาพลงงานไอออไนเซชนล าดบตาง ๆ ของธาต จงท าใหทราบวาในระดบพลงงาน ตาง ๆ ควรจะมอเลกตรอนไดกตว ซงเปนสวนทตอจากการศกษาสเปกตรมของอะตอม เพราะสเปกตรมท าใหทราบแตเพยงวาภายในอะตอมจะมการแบงระดบพลงงานเปนชน ๆ ในแตละชนจะมอเลกตรอนบรรจอย แตไมทราบวาแตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนกตว พจารณาตวอยาง พลงงานไอออไนเซชนของธาตแมกนเซยม ซงม 12 ล าดบ (เพราะม 12 อเลกตรอน) ดงน

ตารางท 1.10 คา IE1 - IE12 ของธาต Mg พลงงานไอออไนเซชนล าดบท พลงงาน (MJ/mol)

1 2

0.744 1.475

3 4 5 6 7 8 9

10

7.739 10.547 13.636 18.001 21.710 25.663 31.650 35.469

11 12

170.003 189.379

จะเหนไดวา 1. คา IE1 และ IE2 มคาใกลเคยงกน 2. คา IE3 ถง IE10 มคาใกลเคยงกน แตตางจาก คา IE1 และ IE2 อยางเหนไดชด 3. คา IE11 และ IE12 มคาใกลเคยงกน แตตางจาก IE10 อยางเหนไดชด การทจดวาอเลกตรอนทมพลงงานไอออไนเซชนใกลเคยงกนอยในกลมเดยวกน หรออยหางจากนวเคลยสพอ ๆ กน กเนองจากพจารณาแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยส เมออเลกตรอนอยในกลมเดยวกนแสดงวาอยหางจากนวเคลยสพอ ๆ กน ดงนนจงถกนวเคลยสดงดดไวดวยแรงพอ ๆ กน การทจะดงอเลกตรอนในกลมนออกจงควรใชพลงงานใกลเคยงกน ท าใหอเลกตรอนในกลมเดยวกนมพลงงาน ไอออไนเซชนไมแตกตางกนมากนก แตถาเปนอเลกตรอนทอยตางกลมกน จะอยหางจากนวเคลยสตางกนมาก ท าใหถกดงดดจากนวเคลยสตางกนดวย คาพลงงานไอออไนเซชนจงตางกนมาก คา IE1 และ IE2 ใกลเคยงกน แสดงวาเปนอเลกตรอนอยในกลมเดยวกน เนองจากมคาพลงงาน ไอออไนเซชนต าทสด จงควรเปนกลมของอเลกตรอนทอยหางจากนวเคลยสมากทสด

46

คา IE3 - IE10 ใกลเคยงกน แสดงวาเปนอเลกตรอนอยในกลมเดยวกน แตเนองจากพลงงานตางจาก IE2 อยางเหนไดชด แสดงวาจะตองเปนคนละกลม เนองจากมพลงงานไอออไนเซชนสงขน ดงนนจงควรจะเปนกลมทอยใกลนวเคลยสมากยงขน ส าหรบกลมสดทาย IE11 และ IE12 มคาใกลเคยงกนเชนเดยวกนกลมอน ๆ และแตกตางจาก IE10 อยางเหนไดชด เนองจากมพลงงานไอออไนเซชนสงสด จงจดเปนกลมของอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสมากทสด โดยอาศยคา IE1 - IE12 ของธาต Mg จงท าใหสามารถจดกลมของอเลกตรอนไดเปน 3 กลม โดยมระยะทางหางจากนวเคลยสมากขนตามล าดบ คอ กลมท 1 (2 อเลกตรอน ) กลมท 2 (8 อเลกตรอน ) และกลม ท 3 (2 อเลกตรอน) ส าหรบการจดกลมอเลกตรอนของธาตอน ๆ กอาศยคา IE เชนเดยวกน นอกจากจะพจารณาตวเลขแสดงคา IE ดงตวอยางของ Mg แลว ยงอาจจะพจารณาจากกราฟไดโดยน าคา IE ล าดบตาง ๆ มาเขยนกราฟรวมกบพลงงานไอออไนเซชน ใหพลงงานไอออไนเซชนเปนแกนตง และล าดบทของพลงงานไอออไนเซชนเปนแกนนอน ดลกษณะของกราฟทเปนชวง ๆ จะเหนความแตกตางของ IE ล าดบตาง ๆ อยางชดเจน ซงจะน ามาแบงกลมของอเลกตรอนไดพจารณาตวอยางของธาต Al, Si, P, S, Cl และ Ar ดงน

รปท 1.22 ความสมพนธระหวาง IE กบล าดบทของ IE ของธาตตาง ๆ

จากลกษณะของกราฟจะพบวา 1. ธาต Al ม IE จดได 3 กลม

กลมท 1 ม IE 2 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 2 ตว และคา IE สงสด กลมท 2 ม IE 8 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 8 ตว และคา IE รองลงมา กลมท 3 ม IE 3 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 3 ตว และคา IE ต าสด แสดงวาควรจะมอเลกตรอน 2 ตว อยใกลนวเคลยสมากทสด จงมคา IE สงสด และควรจะมอเลกตรอน 3 ตว ทอยในกลมเดยวกน และอยหางจากนวเคลยสมากทสด จงมคา IE ต าสดทงกลม ท าใหสามารถสรปการจดเรยงอเลกตรอนทอยหางจากนวเคลยสนอยไปหามากไดดงน 2 , 8 , 3 2. ธาต Si มการจด IE 3 กลม ทมคาใกลเคยงกน เชนเดยวกบ Al คอ กลมท 1 ม IE 2 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 2 ตว และคา IE สงสด กลมท 2 ม IE 8 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 8 ตว และคา IE สงรองลงมา กลมท 3 ม IE 4 ล าดบ หรอมอเลกตรอน 4 ตว และคา IE ต าทสด

47

การอธบายการจดเรยงอเลกตรอนจะเหมอนกบธาต Al คอ อเลกตรอนทอยหางจากนวเคลยสตามล าดบควรจะเปน 2 , 8 , 4 3. ส าหรบธาตอนๆ ทเหลอกเชนเดยวกน สามารถจดกลม IE หรอกลมของอเลกตรอนได

ธาต อเลกตรอน กลมท 1 กลมท 2 กลมท 3

P S Cl Ar

2 2 2 2

8 8 8 8

5 6 7 8

จะเหนไดวา 20 ธาตแรก การจดกลมของอเลกตรอนภายในอะตอมตามคาของพลงงาน ไอออไนเซชน ซงแตกตางกนอยางเหนไดชดจะเปนดงน ก. อเลกตรอนกลมแรกทอยใกลนวเคลยสทสด มไดมากทสด 2 ตว ข. อเลกตรอนกลมทสอง ซงอยถดออกมามไดมากทสด 8 ตว ค. อเลกตรอนทเหลอจะอยกลมท 3 ซงถาเหลอมากกวา 8 จะจดเปนกลมท 4 ระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอม จากความรเกยวกบการเกดสเปกตรมของธาต ท าใหทราบวาภายในอะตอมมการแบงเปนชนๆ รอบๆ นวเคลยส แตละชนเรยกวาระดบพลงงาน ในแตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนบรรจอย จากการศกษาพลงงานไอออไนเซชนล าดบตางๆ ของธาต ท าใหทราบวาในแตละระดบพลงงานจากนวเคลยสออกมาควรจะมอเลกตรอนไดระดบละเทาใด ดงเชนกรณของ 12Mg ท าใหทราบวามการจดอเลกตรอนออกเปน 3 กลม กลมท 1 ม IE สงสด (IE12 และ IE11) มอเลกตรอนอยใกลนวเคลยสทสด ใหเปนระดบพลงงานท 1 (n = 1) มพลงงานในตวต าทสด กลมท 2 ม IE ลดลงมา (IE10- IE3) ม 8 อเลกตรอน อยหางจากนวเคลยสออกมาถดจากกลมท 1 กลมนใหอยในระดบพลงงานท 2 (n = 2) มพลงงานในตวสงขน กลมท 3 ม IE นอยทสด (IE1 และ IE2) ม 2 อเลกตรอน อยหางจากนวเคลยสมากทสด กลมนจดใหอยในระดบพลงงานท 3 (n = 3) มพลงงานในตวสงทสด จากตวอยางของธาต Mg ท าใหทราบวาระดบพลงงานรอบๆ นวเคลยสนน ระดบท n = 1 จะอยใกลนวเคลยสมากทสด และมพลงงานประจ าระดบต าทสด ระดบพลงงานท n = 2 จะอยหางจากนวเคลยส ถดออกมา และมพลงงานประจ าระดบสงขน ระดบสดทาย

ปจจยทมผลตอคา IE 1. จ านวนประจบวกในนวเคลยส เมอประจในนวเคลยสเพมขน แรงดงดดทนวเคลยสมตออเลกตรอน

ระดบนอกยอมมากขน จงตองใชพลงงานไอออไนเซชนมากขน

48

2. ขนาดอะตอม หมายความวา ถาขนาดอะตอมใหญขนระยะทางจากนวเคลยสไปยงอเลกตรอนในระดบนอกเพมขน แรงดงดดทนวเคลยสมตออเลกตรอนลดนอยลงกดง e- ออกอะตอมได นนคอ คา IE ลดลงเมอขนาดอะตอมโตขน

3. จ านวนระดบพลงงานและจ านวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานเพมขน จ านวนอเลกตรอนทอยระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอนในวาเลนซเซลยอมมากขน ท าใหแรงดงดดระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอนในระดบนอกลดลงดงนนอเลกตรอนหลดจากอะตอมไดงายหรอคา IE ลดลง

สรป คาไอออไนเซชนล าดบตาง ๆ ของอะตอมเปนขอมลทใชยนยนวาอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสเปนชน ๆ ของระดบพลงงาน

หลกการตอไปนเพอใชส าหรบเปรยบเทยบคาไอออไนเซชน มหลกดงน ก) ดทจ านวนระดบพลงงาน (จ านวนชนของวงโคจร)

IE ข) ถามจ านวนระดบพลงงานเทากน

IE จ านวนโปรตอน ค) ถาจ านวนระดบพลงงานเทากนและมจ านวนโปรตอนเทากนดวย

IE

เชน IE1 ของ 11 Na > 19 K < 20 Ca 2 , 8 , 1 2 , 8 , 8 . 1 2 , 8 , 8 , 2

ใบงานท 1.5 พลงงานไอออไนเซชน (Ionization energy) ******************************

1. ขอใดแสดงการเกดพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 2 ของแกส X , 1 โมล (EN 24) ก. X(s) X(g) ข. X+(g) X2+(g) + e- ค. X(s) X+(g) ง. X(g) X2+(g) + 2e- 2. ให IE1 , IE2 , IE3 , …… เปนพลงงานไอออไนเซชนล าดบท 1 , 2 , 3 , … ขอใดถก (EN 31) ก. C 3+(g) + IE 4 C4+(g) + e- ข. F(g) + e- F-(g) + IE1 ค. Ca (g) + IE2 Ca2+(g) + 2e-

ง. Mn+(g) + IE3 Mn4+ + 3e-

3. พจารณาธาต Li , Be , B , C พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 3 ของธาตใดมคาสงสด (EN 23) ก. Li ข. Be ค. B ง. C

1 จ านวนระดบพลงงาน

1 จ านวนเวเลนซอเลกตรอน

การเปรยบเทยบคาไอออไนเซชน

49

4. ปฏกรยา X2+(g) X3+(g) + e- ของธาตทมเลขอะตอมเทาใดเกดไดยากทสด ก. 11 ข. 12 ค. 13 ง. 14 5. พลงงานไอออไนเซชนล าดบทหนงของ Li , Na , K มคา 0.506 , 0.502 , 0.425 เมกะจล /โมล ตามล าดบขอมลนสนบสนนขอความใด (EN 24) ก. วาเลนซอเลกตรอนของ K อยหางนวเคลยสมาก ข. Na มอเลกโตรเนกาตวตสงกวา K ค. Li มอเลกโตรเนกาตวตสงกวา Na ง. ไอออน K+ เสถยรกวา Na+ และ Li ตามล าดบ 6. การจดอนภาคแบบใดทมการจดเรยงคาพลงงานไอออไนเซชนจากนอยไปหามาก (EN 21) ก. Li+ , Na+ , K+ , Rb+ , Cs+ ข. F- , Ne , Na+ , Mg2+, Al3+ ค. Na , Mg , Al , Si ง. Mg , Ca , Sr , Ba 7. ถา IE (Li) และ IE (Be) เปนพลงงานไอออไนเซชนของลเทยม และแบรลเลยม ตามล าดบ และ

ก าหนดให IE1 (Li) = 0.526 , IE2 (Li) = 7.305 , IE3 (Li) = 11.822 MJ/mol IE1 (Be) = 0.906 , IE2 (Be) = 1.763 , และ IE3 (Be) = 14.855 MJ/mol ขอมลทงหมดสอดคลองกบขอความในขอใด

ก. อะตอมของลเทยมมขนาดใหญกวาอะตอมแบรลเลยม ข. ลเทยมม 1 วาเลนซอเลกตรอน แบรลเลยม ม 2 วาเลนซอเลกตรอน ค. ลเทยมมอเลกโตรเนกาตวตต ากวาแบรลเลยม ง. ทงลเทยมและแบรลเลยมเปนโลหะ 8. จงเรยงล าดบ IE1 ของธาต A , B , C , D จากมากไปนอย

ธาต A B C D เลขอะตอม 11 13 15 17

ตอบ………………………………………………………………………………………. 9. จงเรยงล าดบ IE1 ของธาต A , B , C , D จากมากไปนอย

ธาต A B C D เลขอะตอม 11 19 37 55

ตอบ……………………………………………………………………………………….

10. พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 3 (IE3) ของธาตอะลมเนยมมคาเทากบพลงงานทเกยวของในการเปลยนแปลงขอใด (En 27) ก. Al(s) Al3+(g) ข. Al 2+(g) Al 3+(g) + e- ค. Al(s) Al 3+(g) + e- ง . Al +(g) Al 3+(g) + 2e-

50

11. พลงงานไอออไนเซชนล าดบท 2 (IE2) ของแมกนเซยมแทนดวยสมการใด ก. Mg(s) + 737.6 KJ/mol Mg2+(g) + 2e- ข. Mg2+(g) + 7732 KJ/mol Mg3+(g) + e-

ค. Mg+(g) + 1450 KJ/mol Mg2+(g) + e-

ง. Mg(s) + 1450 KJ/mol Mg+ (g) + e-

12. ธาต Z มพลงงานไอออไนเซชนตงแตล าดบหนงถงแปดเปนดงน 1.320 , 3.395 , 5.307 , 7.476 , 10.966 , 13.333 , 71.343 , 84.086 ธาต Z ควรเปนธาตหมใดในตาราง ก. 1 ข. 4 ค. 6 ง. 7 13. Be มพลงงานไนเซชนล าดบท 1 – 4 ดงน 0.906 , 1.763 , 14.855 และ 21.013 MJ/mol ในกรณทตองการท าให Be (g) กลายเปน Be2+ (g) จะตองใชพลงงานเทาใด ก. 1.763 ข. 2.669 ค. 29.196 ง. 32.027 14. ธาต X มพลงงานไอออไนเซชน 5 ล าดบดงน 0.807 , 2.433 , 3.665 , 25.033 , 32.834 MJ/mol ตามล าดบ ผลตางของพลงงานไอออไนเซชนระหวางระดบพลงงานท 1 กบระดบพลงงานท 2 เปนก MJ/mol ก. 21.368 ข. 26.632 ค. 29.196 ง. 32.027 15. ถา X , Y , Z เปนธาตทมเลขอะตอม 11 , 12 และ 13 ตามล าดบ กระบวนการใดตอไปนเกดไดยากทสด ก. X (g) X+(g) + e- ข. X+(g) X2+(g) + e-

ค Y2+(g) Y3+(g) + e- ง. Z3+(g) Z4+(g) + e- 16. การเขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางพลงงานไอออไนเซชนล าดบทหนงกบเลขอะตอมของธาตในคาบเดยวกน ผลจากกราฟควรเปนอยางไร (EN 22) ก. ธาตทรานซชนมจดสงสด ,อโลหะมจดต าสด ข. ธาตหม 1 มจดสงสด ,ธาตหม 7 มจดต าสด ค. ธาตเฉอยมจดสงสด,ธาตหม 1 มจดต าสด ง. ธาตเฉอยมจดสงสด ,ธาตหม 7 มจดต าสด 17. ขอความใดไมถกตอง ก. จากบนลงลางในหมเดยวกนคา IE1จะลดลง ข. จากบนลงลางในหมเดยวกนจ านวนระดบพลงงานเพมขน คา IE1 จะลดลง ค. จากบนลงลางในหมเดยวกนแรงดงดดระหวางนวเคลยสกบวาเลนซอเลกตรอนลดลงคา IE1จะลดลง ง. จากบนลงลางในหมเดยวกนระยะทางระหวางนวเคลยสกบวาเลนซอเลกตรอนเพมขนคา IE1 จงเพมขน 18. ธาต A , B , C , D มเลขอะตอม 3 , 11 , 19 และ 37 ตามล าดบธาตใดมคา IE1 มากทสด ก. A ข. B ค. C ง. D 19. ธาต A , B , C , Dมเลขอะตอม 4 , 5 , 6 และ 7 ตามล าดบ ธาตใดมคา IE1 นอยทสด ก. A ข. B ค. C ง. D 20. ธาตทมการจดเรยงอเลกตรอนดงตอไปนธาตใดมคา IE1 ต าทสด ก. 2 , 1 ข. 2 , 7 ค. 2 , 8 , 1 ง. 2 , 8 , 2

9 4

9 4

51

การจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม (Electronic configuration)

อะตอมของธาตแตละธาตมจ านวนอเลกตรอนแตกตางกนท าใหอเลกตรอนทอยในแตระดบพลงงานตางกน จงท าใหธาตมสมบตตางกนจากการศกษาเกยวกบอะตอมพบวา อเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสเปนวงอเลกตรอน(shell) ในแตละวงทระดบพลงงานเฉพาะตว และเรยกระดบพลงงานทใกลนวเคลยสทสด(วงในสด) มระดบพลงงานต าสดวาระดบพลงงาน K และระดบทอยถดไปเปน L, M, N, .....Q โดยระดบพลงงาน Q จะมระดบพลงงานสงสด และตอมามการใชตวเลขแทนระดบพลงงานของอเลกตรอน

หลกในการจดเรยงอเลกตรอน พจารณาดงน 1. ตองทราบวาธาตหรออะตอมนน ๆ มอเลกตรอนทงหมดเทาใด (ดจากเลขอะตอม) 2. อเลกตรอนจะอยในระดบพลงงานต าสด (n = 1) จนครบกอนแลวจะไปอยในระดบพลงงานถดไป

(n = 2 , n = 3….) ตามทจะอยในระดบพลงงานนน ๆ ตามสตร 2n2 ระดบพลงงาน อเลกตรอนอยไดมากทสด (2n2)

n = 1 n = 2 n = 3 n = 4

2 8

18 32

3. ระดบพลงงานนอกสด (เรยกวาวาเลนซอเลกตรอน) จะมอเลกตรอนไดไมเกน 8 อเลกตรอนถงแมวาในระดบพลงงานนน ๆ จะมอเลกตรอนไดเกน 8 อเลกตรอนกตาม (n = 3 , n = 4)

4. ธาตในหมเดยวกน จะมวาเลนซอเลกตรอนเทากนและเทากบเลขหมนน เชน หม 2 กจะมวาเลนซอเลกตรอน 2 เปนตน ธาตในคาบเดยวกนจะมจ านวนระดบพลงงานเทากน

ขอสงเกต จากการกระจายอเลกตรอนของธาตในหม IA – VIIIA ซงเราเรยกธาตพวกนวาธาตรพรเซนเตตฟ 1. พบวาทกธาตยกเวน He มวาเลนซอเลกตรอน (อเลกตรอนในระดบพลงงานนอกสด ) เทากบหมายเลข

หมทธาตนนสงกดอยในตารางธาต 2. พบวาทกธาตมจ านวนระดบพลงงานเทากบหมายเลขคาบทธาตนนสงกดอยในตารางธาต

ดงนนในกรณโจทยก าหนดเลขอะตอมของธาตใดๆใหแลวถามวาธาตนนอยในหมใด คาบใดในตารางธาตใหใชแนวคดดงน

1. จากเลขอะตอม ทราบจ านวนโปรตอน แตอะตอมอสระมจ านวนโปรตอนเทากบจ านวนอเลกตรอน 2. เมอทราบจ านวนอเลกตรอนกกระจายอเลกตรอนออกสระดบพลงงานตาง ๆ จะทราบจ านวนวาเลนซ

อเลกตรอนและจ านวนระดบพลงงาน 3. ใชหลกวา จ านวนวาเลนซอเลกตรอน = หมายเลขหม จ านวนระดบพลงงาน = หมายเลขคาบ

*** ไฮโดรเจน (Hydrogen) ไมสงกดอยในหมใด จดไวตรงกงกลางตารางธาต

52

ตวอยาง Ca มเลขอะตอม = 20 อยในหมใด คาบใดในตารางธาต แนวคด เลขอะตอม = 20 แสดงวาม p = e = 20 จดอเลกตรอนไดเปน 2 , 8 , 8 , 2 วาเลนซอเลกตรอน = 2 แสดงวาอยหม 2 จ านวนระดบพลงงาน = 4 แสดงวาอยในคาบท 4

ธาตทอยในแถวนอนเดยวกนจะมจ านวนระดบพลงงานเทากน แตมจ านวนวาเลนซอเลกตรอนไมเทากน และวาเลนซอเลกตรอนจะอยในระดบพลงงานเดยวกน นอกจากนธาตทอยในแถวนอนเดยวกนยงมจ านวนระดบพลงงานเทากบหมายเลขของคาบทธาตนนบรรจอยในตารางธาต

ตวอยาง Li , Be , B , C , N , O , F , Ne เปนธาตในคาบท 2 มเลขอะตอม 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 เมอกระจายอเลกตรอนของธาตเหลานออกสระดบพลงงานตาง ๆ จะไดผลดงน K L

3 Li 2 1

4 Be 2 2

5 B 2 3

6 C 2 4

7 N 2 5

8 O 2 6

9 F 2 7

10 Ne 2 8 จากการกระจายอเลกตรอนออกไป พบวาทกธาตในแถวนอนท 2 (คาบท 2) ในตารางธาตมจ านวน

ระดบพลงงานเทากบ 2 ระดบ ซงเทากบหมายเลขของคาบทธาตนนสงกดอยในธาต นนคอ จ านวนระดบพลงงานบอกหมายเลขของคาบทธาตนนสงกดอยในตารางธาต

ตารางท 1.11 แสดงการจดอเลกตรอนของ 20 ธาตแรก

ธาต จ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงาน n = 1 n = 2 N = 3 N = 4

H He Li Be B C N O

1 2 2 2 2 2 2 2

1 2 3 4 5 6

ทกธาตทอยในคาบเดยวกนจะมจ านวนระดบพลงงาน เทากนและจ านวนระดบพลงงานเทากบหมายเลขของคาบทธาตนนสงกดอยในตารางธาต

จ านวนวาเลนซอเลกตรอนไมเทากน และวาเลนซอเลกตรอนจะอยในระดบพลงงานสงสดของธาตนน หรอระดบพลงงานทมหมายเลขเทากบเลขทของหมทธาตนนสงกดอยในตารางธาต

53

F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

1 2 3 4 5 6 7 8 8 8

1 2

การเขยนแสดงการจดอเลกตรอนอยางงายเปนดงน ธาต Be 2 2 เปนธาตหม 2 คาบ 2 ธาต F 2 7 เปนธาตหม 7 คาบ 2 ธาต Na 2 8 1 เปนธาตหม 1 คาบ 3 ธาต Ar 2 8 8 เปนธาตหม 8 คาบ 3

การกระจายอเลกตรอนออกสวงโคจรยอย จากการศกษาสเปกตรมของอะตอมของธาต พบวาระดบหลก K , L , M , N , O , P , O ยงแบงออกเปนระดบพลงงานยอยอก เรยกวา Sub Energy level หรอกลาวไดวา อเลกตรอนทวงอยรอบๆ นวเคลยสในระดบพลงงานหลกนนยงแบงกลมอยในระดบพลงงานยอยอก ดงน

ล าดบทของระดบพลงงาน ( n)

อกษรทใชแทน จ านวนระดบพลงงานยอย

จ านวนอเลกตรอนสงสด

1 2 3 4 5 6 7

K L M N O P Q

s s p

s p d s p d f s p d f

s p d s p

2 8

18 32 50 72 98

ในระดบพลงงานยอย s , p , d , f มอเลกตรอนสงสดในแตละระดบพลงงานเรยงล าดบดงน s = 2 , p = 6 , d =10 , f = 14 อเลกตรอน

54

สญลกษณใชเขยนแทนจ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยของอะตอม คอ จ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย 2 s2

ตวเลขแสดงระดบพลงงานหลก อกษรทแสดงชนดของระดบพลงงานยอย ถาเขยน 3p5 กหมายความวา ระดบพลงงานท 3 วงโคจรยอย p มอเลกตรอน 5 อเลกตรอน อเลกตรอน ในระดบพลงงานยอยจะถกบรรจเรยงล าดบกอนหลงดงน 1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , 4d , 5p , 6s , 4f , 5d , 6p , 7s , 5f , 6d , 7p แนวโนมการเกดไอออน ในการเปลยนแปลงของอะตอมเพอเกดปฏกรยาเคม หรอเกดเปนสารประกอบนน เปนการเปลยน แปลงเพยงโครงสรางภายนอก คอ เปลยนแปลงทวาเลนซอเลกตรอน เทานนถาอะตอมใดมการเปลยน แปลงทนวเคลยส เชน โปรตอนเปลยนไปอะตอมนนจะเกดเปน อะตอมของธาตใหม ซงเปนปฏกรยานวเคลยร ในการเปลยนแปลง(ให–รบe) วาเลนซอเลกตรอนยอมท าใหอะตอมทเปนกลาง (ม + เทากบ -) ม

ประจเกดขน (+ - ) นนคอเกดเปนไอออน โดยทอะตอมจะใหหรอรบอเลกตรอนเพอกลายเปนไอออน ไอออนนน ๆ จะมการจดเรยงอเลกตรอนเหมอนแกส (มเวเลนซอเลกตรอน เปน 8) เชน

11 Na 2 8 1 เมอเปน Na+ ( 2, 8 ) เหมอน Ne 17 Cl 2 8 7 e เมอเปน Cl- ( 2, 8, 8 ) เหมอน Ar 8 O 2 6 2e เมอเปน O2- ( 2, 8 ) เหมอน Ne

ดงนนจากคาวาเลนซเราจะท านายไดวาอะตอมของธาตนนมโอกาสจะเปนไอออนบวกหรอไอออนลบไดดกวา มหลกดงน

พวกทมวาเลนซอเลกตรอน 1 , 2 , 3 (หม 1 , 2 , 3) ซงเปนโลหะจะเสยอเลกตรอนชนนอกกลายเปน ไอออนบวก พวกทมวาเลนซอเลกตรอนมาก ๆ คอ 5 , 6 ,7 (หม 5 , 6 , 7) ซงเปนอโลหะจะรบอเลกตรอนเพอให

ครบ 8 กลายเปนไอออนลบ

การจดเรยงอเลกตรอนของอะตอม เมอพจารณาโครงสรางอะตอมของธาตซงมจ านวนอเลกตรอนมากกวา 1 อเลกตรอน การจดเรยงตว

ของอเลกตรอนทเพมเขาไปตองอาศยหลกการดงตอไปน เขาไปชวยอธบาย

1. หลกการกดกนของเพาล ( Pauli Exclusion Principle) 2. กฎของฮนด ( Hund's Rule) 3. หลกเอาฟเบา ( Aufbau principle)

อเลกตรอนในอะตอมตาง ๆ อยกนอยางไรในออรบทลเชงอะตอมเหลานน การอธบายปญหานจะอธบายดวย โครงแบบอเลกตรอน ( electron configuration) มวธการเขยนโดยอาศยหลกเรยกวา Aufbau principle หรอ building - up principle ส าหรบอะตอมทมความเสถยรมากทสด (มพลงงานต าทสด คอท

55

สถานะพน ) ดงน 1. การบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานตองบรรจในระดบพลงงาน ( n) ทท าใหอะตอมมพลงงานต ากวา กอนจนเตมจงตองไปบรรจในระดบพลงงานทสงขนไป 2. การบรรจอเลกตรอนลงไปในระดบพลงงานยอยตาง ๆ ตองใหไดพลงงานรวมต าทสดซงล าดบการบรรจ อเลกตรอนลงในระดบพลงงานยอยตาง ๆ ดง แผนภาพชวยความจ า (memonic diagram) ไปน

ในการเขยนโครงแบบอเลกตรอนของอะตอมตางๆ ทสถานะพน จะเกยวของเฉพาะเลขควอนตมหลก (n) กบเลขควอนตมออรบทล (l ) เทานน คอ เขยนเปน nla ,....เมอ n คอ เลขควอนตมหลก l คอ เลขควอนตมออรบทล หรอ ประเภทของระดบพลงงานยอย a คอ จ านวนอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยนน เชน ไฮโดรเจน ( H) ม 1 อเลกตรอน จะตองบรรจอเลกตรอนนลงในระดบพลงงานท 1 ซงมแต s-subshell จะเขยนโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนไดเปน 1s1 ตวอยางการเขยนโครงแบบอเลกตรอนของอะตอมธาตตาง ๆ ดงตารางตอไปน

ธาต เลขเชงอะตอม โครงแบบอเลกตรอน

H 1 1s1

He 2 1s2

Li 3 1s2 2s1

B 5 1s2 2s2 2p1

F 9 1s2 2s2 2p5

Ca 20 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Ge 32 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2

3. การบรรจอเลกตรอนสดทายลงใน d - subshell (ซงสามารถบรรจอเลกตรอนไดมากทสด 10 อเลกตรอนพบวา การบรรจอเลกตรอนเปนจ านวนครงหนง ( half filled) คอ มจ านวน อเลกตรอนเปน 5 ท าใหอะตอมเสถยรดกวาการเตมอเลกตรอนใน d - subshell เปน 4 อเลกตรอน ดงนนอะตอมใดทมโครงแบบอเลกตรอน

56

ตามหลกขอ 1 และ 2 แลวได d4 ใหเปลยนเปน d5 แลวลดจ านวนอเลกตรอนใน s - subshell ทอยทางขวามอลงเสยหนงเหลอเปน ns1 เชน Cr ธาตท 24 มโครงแบบอเลกตรอนตามหลกขอ 1 และ 2 เปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 จะเหนวาม 3d4 กใหเปลยนเปน 3d5 และลดอเลกตรอนใน 4s - subshell เปน 4s1 กจะไดโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนของ Cr เปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 และในท านองเดยวกนการบรรจอเลกตรอนใน d - subshell ใหเตม (filled) จ านวนคอ ม 10 อเลกตรอนเลย (เปน d10) จะท าใหอะตอมเสถยรดกวา d9 กใชวธการเชนเดยวกบ การเปลยน d4 เปน d5 คอ เปลยน d9 เปน d10 แลวลด ns2 เปน ns1 เชน Cu ธาตท 29 ตามหลกขอ 1 และ 2 จะเขยนโครงแบบอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 เปลยน 3d9 เปน 3d10 และ 4s2 เปน 4s1 ไดโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนของ Cu เปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 ขอสงเกต การเขยนโครงแบบอเลกตรอน เราตองยดล าดบการบรรจตามแผนภาพชวยความจ า ซงจะไมเรยงตามล าดบของระดบพลงงาน เมอเขยนโครงแบบอเลกตรอนแลว จะพบวา มอเลกตรอนทอยในระดบพลงงานสงทสด ( outermost shell) ของธาตหนง ๆ เรยกวา อเลกตรอนเวเลนซ (valence electron) ทงนตองเขาใจวา อเลกตรอนเวเลนซของธาตหนง ๆ อาจจะไมใชอเลกตรอนทบรรจเปนอนดบสดทาย ตามหลกการ บรรจอเลกตรอน สญลกษณทใชในการจดเรยงอเลกตรอน >> การจดเรยงอเลกตรอนเขยนแทนดวยแผนภาพออรบทล เชน ธาต He ม 2 อเลกตรอน เขยนแทนดวยสญลกษณ 1s2 อานวา หนงเอสสอง

ชองสเหลยมแทนออรบทล โดยแตละออรบทลบรรจได 2 อเลกตรอน จะเหนวา ใน 1 ออรบทลมอเลกตรอน 2 ตว เพอทจะใหอเลกตรอนสองตวตางกนจงก าหนดเลขควอนตมสปนจากภาพดานบนนอเลกตรอน ตวท 1 สปนขน สวน ตวท 2 สปนลง ตวอยางท จงเขยนโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนและหาจ านวนอเลกตรอนเวเลนซของธาตตอไปน (ก) 42 Mo (ข) 47 Ag (ค) 54 Xe วธท า (ก) 42 Mo มโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 อเลกตรอนทอยใน ระดบพลงงานสงทสด คอ 5s1 จ านวนอเลกตรอนเวเลนซ = 1 (ข) 47 Ag มโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 อเลกตรอนใน ระดบพลงงานสงทสด คอ 5s1 จ านวนอเลกตรอนเวเลนซ = 1 (ค) 54 Xe มโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 อเลกตรอนท ระดบพลงงานสงทสดคอ 5s2 5p6 จ านวนอเลกตรอนเวเลนซ = 8 การเขยนโครงแบบอเลกตรอนของธาตทมจ านวนอเลกตรอนมากๆนนถาเขยนเรยงตามระดบ พลงงานยอยทงหมดดงตวอยางท 2.10 จะตองเขยนยาวมาก จงนยมเขยนสญลกษณ ธาตเฉอยลงแทนโครงแบบอเลกตรอนของธาตเฉอยตาง ๆ มดงน

57

ธาตเฉอย เลขเชงอะตอม โครงแบบอเลกตรอน

He 2 1s2

Ne 10 1s2 2s2 2p6

Ar 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Kr 36 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

Xe 54 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6

เพราะฉะนนกรณโครงแบบอเลกตรอนของ K ธาตท 19 ซงเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 จะเหนวา 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เปนโครงแบบอเลกตรอนของ Ar เราสามารถเขยนโครงแบบอเลกตรอนของ K เสยใหมเปน [Ar] 4s1 หรอกรณโครงแบบอเลกตรอนของ Ag ซงเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 จะเหนวา 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 เปนโครงแบบอเลกตรอนของ Kr เราจงเขยนโครงแบบอเลกตรอนของ Ag เปน [Kr] 5s14d10 การเขยนโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนของอะตอมตาง ๆ ทผานมาเปนการแสดง โครงสรางอะตอมแบบหยาบ ๆ แสดงถงการบรรจอเลกตรอนในระดบพลงงานยอยตาง ๆ แตบางครงเราตองแสดงการบรรจอเลกตรอนลงในออรบทลเชงอะตอมตาง ๆ ดวย ในการเขยนโครงแบบ อเลกตรอนทแสดงการบรรจอเลกตรอนในออรบทลเชงอะตอมตาง ๆ เราจะใชการเขยน แผนภาพบลอก (block diagram) โดยให [] แทนออรบทลแตละออรบทล และให แทนอเลกตรอนทม ms = +1/2 (สปนขน) และ แทนอเลกตรอนทม ms = -1/2 (สปนลง) จะบรรจอยางไร จงเกดหลกการบรรจอเลกตรอนลงในออรบทลตาง ๆ เรยกวา หลกเกณฑฮนด ซงเสนอโดยฮนด (F. Hund) มใจความวา "การบรรจอเลกตรอนลงในออรบทลตาง ๆ ของระดบพลงงานยอยหนง ๆ ใหบรรจแบบเดยวกอนจนครบทกออรบทลแลว จงคอยบรรจเปนค จะท าให

อะตอมทมพลงงานต าทสด" เชน แผนภาพบลอกของการเขยน โครงแบบอเลกตรอนของธาตตอไปน

ธาต เลขเชงอะตอม แผนภาพบลอก

1s 2s 2p

H 1

He 2

Li 3

Be 4

B 5

C 6

N 7 O 8 F 9

58

ตวอยางการจดเรยงอเลกตรอนแบบบลอกของโลหะแทรนซชนเลขอะตอม 21-30

ถาเปนธาตทมเลขเชงอะตอมมาก ๆ ใหน าเอาเฉพาะออรบทลทตอจากสญลกษณธาตเฉอยมาเขยนแผนภาพ เชน Mo ธาตท 42 มโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 หรอ [Kr] 5s1 4d5 เขยนแผนภาพบลอกของโครงแบบอเลกตรอนทสถานะพนไดเปน

วธการจดเรยงอเลกตรอนของธาตทไมมประจ ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนของธาตนกเกล (Ni) ซงเปนธาตทพบในทองเหลอง สญลกษณของธาตคอ 28Ni จากสญลกษณของธาต พบวา Ni มอเลกตรอน 28 ตว จดเรยงอเลกตรอนไดเปน 1. จดตามแผนผงการจดเรยงอเลกตรอน Ni ซงม 28 อเลกตรอน เขยนไดเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 2. จดเรยงตามระดบพลงงาน การจดเรยงอเลกตรอนของ Ni ซงม 28 อเลกตรอน เขยนไดเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 จากการจดเรยงอเลกตรอนของ Ni จะสงเกตเหนวา Ni มอเลกตรอนเดยวใน 3d ออรบทล ท าใหมสมบตทางแมเหลกเปน paramagnetic คอ สารทแมเหลกดด บางธาตมสมบตทางแมเหลกเปน diamagnetic เชน ธาตนออน(Ne) มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 จะเหนวาอเลกตรอนของ Ne จบคกนหมด จงมสมบตทางแมเหลกเปน diamagnetic ซงจะถกแมเหลกผลกเลกนอย 3. จดโดยอาศยตารางธาต

ธาตในคาบท 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 มคา n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ตามล าดบ ธาตในหม IA และ IIA อยใน s ออรบทล ธาตในหม IIIA ถง VIIIA อยใน p ออรบทล ธาตทรานสชน(transition) อยใน d ออรบทล ธาตทรานสชนชนใน(inner transition) อยใน f ออรบทล

59

จ านวนอเลกตรอนคอล าดบของธาตนนในกลมออรบทลวาอยธาตทเทาใดนบจากซายไปขวา จดเรยงอเลกตรอนไลจากบนลงลาง จากซายไปขวา จะไดการจดเรยงอเลกตรอนของ Ni ซงม 28 อเลกตรอน เขยนไดเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

วธการจดเรยงอเลกตรอนของธาตทมประจ

1. จดเรยงอเลกตรอนของธาตทไมมประจ เชน Ni จดเรยงอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 2. ถาธาตนนมประจบวก คอ เสยอเลกตรอนไปเทากบจ านวนประจ เชน Ni2+ เสย 2 อเลกตรอน เปนตน Ni : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 = Ni2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d8 3. ถาธาตนนมประจลบ คอ รบอเลกตรอนมาเทากบจ านวนประจ เชน Cl- รบ 1 อเลกตรอน , O2- รบ 2 อเลกตรอน เปนตน Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 = Cl- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

หลกการกดกนของเพาล (Pauli Exclusion Principle)

"อเลกตรอน 2 ตวในอะตอมเดยวกน จะมเลขควอนตมเหมอนกนทงสคาไมได” เชน ถาม 2 อเลกตรอนใน 1s orbital ตองจดเปน 1s2 หรอ ซงมเลขควอนตมดงน

ลกษณะของอเลกตรอน n l ml ms

ตวท 1 (สปนขน) 1 0 0 +1/2

ตวท 2 (สปนลง) 1 0 0 -1/2

จะเหนวาเลขควอนตมของอเลกตรอนทง 2 เหมอนกนเพยง 3 คาเทานน ตางกนทเลขควอนตมสปน (ms) นคอเหตผลทตองก าหนด ms ขนมาเพอใหอเลกตรอน 2 ตวในออรบทลมความแตกตางกน

กฎของฮนด (Hund's Rule)

“การบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากน (degenerate orbitals) ใหบรรจอเลกตรอนทม ms = +1/2 (สปนขน) ทกออรบทลกอน แลวจงเตม อเลกตรอนทม ms = -1/2 (สปนลง) ”

หลกการคอเราให แทนอเลกตรอนทม ms = +1/2(สปนขน)และ แทนอเลกตรอนทม ms = -1/2 (สปนลง) s ม 1 ออรบทล 2 อเลกตรอน ล าดบท 1 เตมอเลกตรอนเดยวสปนขน ล าดบท 2 เตมอเลกตรอนเดยวสปนลง p ม 3 ออรบทล 6 e ล าดบท 1 เตมอเลกตรอนเดยวสปนขนในออรบทลแรก ล าดบท 2 เตมอเลกตรอนเดยวสปนขนในออรบทลทสอง ล าดบท 3 เตมอเลกตรอนเดยวสปนขนในออรบทลทสาม ล าดบท 4 เตมอเลกตรอนเดยวสปนลงในออรบทลแรก ล าดบท 5 เตมอเลกตรอนเดยวสปนลงในออรบทลทสอง ล าดบท 6 เตมอเลกตรอนเดยวสปนลงในออรบทลทสาม

60

การจดเรยงอเลกตรอนทไมเปนไปตามกฎของฮนด มธาต 9 ธาตทจดเรยงอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎของฮนด เพราะถาจดเรยงตามกฎของฮนดแลว จะ

ขดกบผลการทดสอบสมบตทางแมเหลก ดงตาราง

ธาต เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน

ตามกฎของฮนด การจดเรยงอเลกตรอน

ใหสอดคลองกบสมบตแมเหลก

Cr 24 [Ar] 3d44s2 [Ar] 3d54s1

Cu 29 [Ar] 3d94s2 [Ar] 3d104s1

Mo 42 [Kr] 4d45s2 [Kr] 4d55s1

Pd 46 [Kr] 4d85s2 [Kr] 4d10

Ag 47 [Kr] 4d95s2 [Kr] 4d105s1

การจดเรยงของอเลกตรอนในออรบทลตางๆ มผลตอสมบตความเปนแมเหลกของอะตอม อะตอมมอเลกตรอนบรรจในออรบทลเปนเลขคทงหมด จะท าใหเปนสารทผลกสนามแมเหลก เรยกสารประเภทนวา diamagnetic” อะตอมมอเลกตรอนเดยวในออรบทล จะมอ านาจดงดดสนามแมเหลกเรยกวาสาร “paramagnetic” และอ านาจการดงดดจะมาก เมอจ านวนอเลกตรอนเดยวมากขน

หลกเอาฟเบา ( Aufbau principle) Aufbau เปนภาษาเยอรมน ซงมความหมายตรงกบค าในภาษาองกฤษวา "build up" ดงนน หลกเอาฟบาว คอ "หลกการวางอเลกตรอนเพอสรางอะตอม" กลาวไววา "ตองเตมอเลกตรอนในออรบทลทระดบพลงงานต าใหเตมกอน แลวจงเตมในระดบพลงงานทสงขนไป" ล าดบการจดเรยงอเลกตรอนจากระดบพลงงานต าไปสงจาก 1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s > 3d > ...