1

อะตอมและตารางธาต� 2

2

แบบจำ�าลองอะตอมของร�ทเทอร�ฟอร�ดลอร�ดเออร�เนสต�

ร�ทเทอร�ฟอร�ด ( Lord Ernest Rutherford)

ค.ศ. 1871 – 1937 , อ�งกฤษการค�นพบร�งส เอกซ์�และ

ก�มม�นตภาพร�งส ??

3

ร�งส เอกซ์�และก�มม�นตภาพร�งส

4

Wihelm Roentgen ค.ศ. 1895 ค�นพบร�ง ส เอกซ์� จำากการเร#องแสงของสารบาง

ชน%ดภายใต�อ%ทธ%พลของร�งส แคโทดAntoine Bacquerel พบว่*าเกล#อของ

ย+เรเน ยมเปล*งร�งส ได� เร ยกร�งส ชน%ดน . ว่*า ก�มม�นตภาพร�งส (radioactivity)

เป/นร�งส ชน%ดใหม*Ernest Rutherford พบร�งส 3 ชน%ด จำากการแผ่*ร�งส ของสารก�มม�นตร�งส

Hans Geiger สร�าง Geiger counter ทดลองย%งอน�ภาคแอลฟาผ่*านแผ่*น

โลหะบาง พบการกระเจำ%งของอน�ภาค แอลฟา อธ%บายเหต�ผ่ลไม*ได�

5

การทดลองของร�ทเทอร�ฟอร�ด . “Gold foil experiment”อน�ภาคแอลฟา ( -

particle) ค#อ อะไร ?He4

2

6

ถ้�าอะตอมม ล�กษณะตามแบบจำ�าลอง

ของทอมส�น ผ่ลท 4เก%ดข5.นคว่รเป/นเช*นผ่ลการทดลองของร�ทเทอร�ฟอร�ดหร#อ

ไม* อย*างไร ?

7http://wiki.answers.com/Q/How_did_Rutherford's_Gold_Foil_Experiment_work

การท 4อน�ภาคแอลฟาส*ว่นใหญ่*ทะล�ผ่*านไปแสดงว่*าส*ว่นใหญ่*ในอะตอมเป/นท 4ว่*าง

แบบจำ�าลองอะตอมของร�ทเทอร�ฟอร�ด

อะตอมประกอบด้�วยนิ�วเคลี�ยสซึ่��งม�มวลีส�งมากแลีะม�ประจุ�บวกที่��ม�ขนิาด้เลี กมากอย�!ตรงกลีาง แลีะม�อ�เลี กตรอนิว��งอย�!รอบๆ

8

ตามแนว่ค%ดของร�ทเทอร�ฟอร�ดมว่ล ส*ว่นใหญ่*ของอะตอม ค#อมว่ลของ

น%ว่เคล ยสประจำ�บว่กและมว่ล

ท�.งหมดของอะตอมจำะรว่มก�นอย+*อย*างหนาแน*นท 4ส*ว่นกลางของอะตอม(น%ว่เคล ยส)

ถ้�าน%ว่เคล ยสม อน�ภาคบว่ก(โปรตอน)เพ ยงอย*างเด ยว่ มว่ลของน%ว่เคล ยสน*าจำะเท*าก�บมว่ลของโปรตอนรว่มก�น

9

ไฮโดรเจำน (H) น%ว่เคล ยสม ประจำ� +1 ม มว่ล 1 amuฮ เล ยม (He) น%ว่เคล ยสม ประจำ� +2 ม มว่ล 4 amu

มว่ลส*ว่นเก%น มาจำากไหน?

คาร�บอน (C) น%ว่เคล ยสม ประจำ� +6 ม มว่ล 12 amu

น*าจำะม อน�ภาคอ กชน%ดหน54งอย+*ใน

น%ว่เคล ยส ม มว่ลใกล�เค ยงก�บโปรตอนและเป/นกลางทางไฟฟ8า

10

การค�นพบไอโซ์โทปร�ทเทอร�ฟอร�ดหามว่ลของอน�ภาคบว่กของแก9สน อออนท 4บรรจำ�ในหลอดร�งส แคโทด พบว่*าอน�ภาคบว่กม มว่ล 2 ค*า ค#อ 20 และ 22 amu ช*ว่ยสน�บสน�นข�อท 4ว่*า ม อน�ภาคอ กชน%ดหน54งในน%ว่เคล ยสท 4ม มว่ลใกล�เค ยงก�บโปรตอน แต*ไม*ม ประจำ� และในอะตอมเด ยว่ก�นอาจำม อน�ภาคชน%ดน .ไม*เท*าก�นการค�นพบน%ว่ตรอน

Sir James Chadwick ค.ศ.1891 – 1974 , อ�งกฤษทดลองย%งอน�ภาคแอลฟาไปย�งอะตอมของ

ธาต�ต*างๆ พบอน�ภาคท 4ม มว่ลเท*าโปรตอน แต*ไม*ม ประจำ�ไฟฟ8า เร ยกว่*า น%ว่ตรอน ( neutron)

11

What is inside atom ?

• จำากการค�นพบโปรตอน น%ว่ตรอน และ อ%เล;กตรอน แสดงว่*า อะตอมย�งม

อน�ภาคท 4ขนาดเล;กกว่*าบรรจำ�อย+*ภายในทฤษฎี อะตอมของดอลต�นจำ5งได�ยกเล%ก

ไป และท�าให�การศ5กษาเก 4ยว่ก�บอะตอมม การพ�ฒนาก�าว่หน�าไปอย*างมาก 12

อนิ�ภาค ส$ญลี$กษณ์(

ชนิ�ด้ประจุ�

ประจุ�ไฟฟ,า(ค�ลีอมบ()

มวลี(กร$ม)

โปรตอน p +1 1.602 x 10-19

1.6726 x 10-24

น%ว่ตรอน

n 0 0 1.6749 x 10-24

อ%เล;กตรอน

e- -1 1.602 x 10-19

9.1095 x 10-28

อน�ภาคม+ลฐานของอะตอม

อ%เล;กตรอน หน�กกว่*าหร#อ เบากว่*าโปรตอนก 4เท*า ?

13

สเปกตร�มของคล#4นแม*เหล;กไฟฟ8า

คล#4นแม*เหล;กไฟฟ8า เป/นพล�งงานชน%ดหน54ง ม การเคล#4อนท 4ในแบบคล#4นท 4ไม*ต�องอาศ�ย

ต�ว่กลางในการเคล#4อนท 4 เร ยกว่*าการแผ่*ร�งส จำ5งสามารถ้เคล#4อนท 4ในส�ญ่ญ่ากาศได�

14

ล�กษณะประจำ�าต�ว่ของคล#4นค#อ คว่ามยาว่คล#4น ( ) และ

คว่ามถ้ 4 ( )คว่ามยาว่คล#4น หน*ว่ยเป/น เมตร (m) หร#อ นาโนเมตร (nm)คว่ามถ้ 4 ม หน*ว่ยเป/น รอบต*อว่%นาท (s-1) หร#อ เฮ%รตซ์� (Hertz , Hz)

15

คล#4นแม*เหล;กไฟฟ8าท 4ส�าค�ญ่ คล#4นว่%ทย�

(ส#4อสาร) คล#4นไมโครเว่ฟ (ท�าให�โมเลก�ลหม�น) ร�งส อ%นฟราเรด (คว่ามยาว่คล#4นส+งเก%นกว่*า

ท 4มน�ษย�จำะ มองเห;นได� ท�าให�โมเลก�ลส�4นสะเท#อน)คล#4นแสง

แสงขาว่ ( visible

light)

16

สเปกตร�ม ( Spectrum)

เป/นปรากฏการณ�ท 4แสงเด%นทางผ่*าน ต�ว่กลางต*างชน%ดก�นจำะเก%ดการห�กเห

แสงท 4ม คว่ามยาว่คล#4นต*างก�นจำะห�กเหได�ไม*เท*าก�น

แสงขาว่

สเปกตร�มของแสง

ขาว่แสงส ใดห�กเหได�

มากท 4ส�ด และน�อย ท 4ส�ด ตามล�าด�บ

17

แถ้บส คว่ามยาว่คล#4น(nm)

ส ม*ว่ง 400 - 420

ส คราม-น�.าเง%น 420 - 490

ส เข ยว่ 490 - 580

ส เหล#อง 580 - 590

ส แสด(ส�ม) 590 - 650

ส แดง 650 - 700

ช*ว่งคว่ามยาว่คล#4นของแถ้บส ต*างๆในสเปกตร�มของแสงขาว่

18

การห�กเหของแสงขาว่ผ่*านปร%ซ์5ม

การห�กเหของแสงม คว่ามส�มพ�นธ�ก�บคว่ามยาว่คล#4นอย*างไร

ส แดง (650 - 700 nm)

ส ม*ว่ง (400 - 420 nm)

19

พล�งงานของคล#4นแม*เหล;กไฟฟ8าม�กซ์� พล�งค� ( Max Karl Ernst

Ludwig Planck) ค.ศ. 1858 – 1947 , เยอรม�น

ศ5กษาพล�งงานของคล#4นแม*เหล;กไฟฟ8า พบคว่ามส�มพ�นธ�ด�งน .

E

= c

E = h

E ค#อพล�งงาน ม หน*ว่ยเป/น จำ+ล Joule ,

J

ค#อ คว่ามถ้ 4ของคล#4นแม*เหล;กไฟฟ8า ม หน*ว่ยเป/น เฮ%รตซ์� Hz

h ค-อ ค!าคงที่��ของ

พลี$งค(ม�ค!า 6.626x10-34 J.s

c ค#อ คว่ามเร;ว่คล#4นแม*เหล;กไฟฟ8าใน ส�ญ่ญ่ากาศ เท*าก�บ 2.997 x 108 m/s

http://reich-chemistry.wikispaces.com/Fall.2008.MMA.Conway.Fissete.Timeline

20

E =

hc

การค�านว่ณก 4ยว่ก�บพล�งงานคล#4นแม*เหล;กไฟฟ8า

1. จำงหาคว่ามยาว่คล#4นและคว่ามถ้ 4ของคล#4นต*อไปน . 1.1 คว่ามยาว่คล#4นของแสงท 4ม

คว่ามถ้ 4 3x1015 Hz 1.2 คว่ามถ้ 4ของแสงท 4ม คว่ามยาว่คล#4น 200 nm2. แบเร ยมอะตอมเปล*งแสงส เข ยว่ซ์54ง

ม คว่ามยาว่คล#4น 554 nm จำงหาคว่ามถ้ 4 และพล�งงานของแสงส เข ยว่

21

อ%เล;กตรอนในสภาว่ะเร�าและสเปกตรา

Robert Busen และ Gustav Kirchoff พบว่*า เม#4อเกล#อบางชน%ดถ้+กเผ่า จำะให�สเปกตร�มออกมาเป/นเส�นๆ เร ยกว่*า สเปกตร�มเส�น (line spectrum) และสารประกอบของธาต�ต*างชน%ดก�นจำะให�สเปกตร�มต*างก�นเป/นค*าเฉพาะต�ว่

22

Flame Test ส ของเปลว่ไฟจำากการเผ่าสารประกอบบางชน%ด

http://andrewpaladie.wordpress.com/tag/god/

23

Flame Test ส ของเปลว่ไฟเก%ดจำากองค�ประกอบใดของสารประกอบ สารประกอบท 4ใช�เผ่า ส ของเปลว่ไฟ1. โซ์เด ยมคลอไรด�2. โซ์เด ยมซ์�ลเฟต3. แบเร ยมคลอไรด�4. แบเร ยมไนเตรต5. แคลเซ์ ยมคลอไรด�6. แคลเซ์ ยมซ์�ลเฟต7. คอปเปอร�(II) คาร�บอเนต8. คอปเปอร�(II) ซ์�ลเฟต

24

ส เหล#องส เหล#องเข ยว่แกมเหล#องเข ยว่แกมเหล#องส แดงอ%ฐ

ส แดงอ%ฐ

ส เข ยว่ส เข ยว่

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html

At left is a hydrogen spectral tube excited by a 5,000 volt transformer. The three prominent hydrogen lines are shown at the right of the image through a 600 lines/mm diffraction grating.

An approximate classification of spectral colors:Violet (380-435nm) Blue(435-500 nm)Cyan (500-520 nm) Green (520-565 nm)Yellow (565- 590 nm) Orange (590-625 nm)Red (625-740 nm)

Hydrogen

25

Neon

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/atspect2.html

Mercury

26

Hydrogen gas discharge tube

สเปกตร�มไฮโดรเจำน

เม#4ออะตอมของไฮโดรเจำนถ้+กกระต��นด�ว่ยพล�งงานจำะปล*อยร�งส ออกมา แบบจำ�าลองอะตอมของร�ทเทอร�ฟอร�ดไม*สามารถ้อธ%บายปรากฏการณ�น .ได�

27

แบบจำ�าลองอะตอมของโบร�น ลส� โบร� (Neils Bohr )

ค.ศ.1885 – 1962 เดนมาร�ก

ได�ปร�บปร�งทฤษฎี โครงสร�างอะตอม เพ#4อ อธ%บายสเปกตร�มของไฮโดรเจำน โดยอาศ�ย

แนว่ค%ดของ Planck และ Einstein โดยต�.ง สมม�ต%ฐาน : อ%เล;กตรอนม ว่งโคจำรท 4แน*นอน( มากกว่*า 1 ว่ง)

แต*ละว่งโคจำรอ%เล;กตรอนจำะม พล�งงานคงท 4 เม#4ออ%เล;กตรอนเปล 4ยนว่งโคจำร พล�งงานท 4เปล 4ยนแปลงจำะปรากฎีในร+ปของคว่อนตาของการแผ่*ร�งส

28

การอธ%บายการเก%ดสเปกตร�ม

http://www.insidesocal.com/friendlyfire/2008/01/ 29

โดยปกต% อ%เล;กตรอนจำะม เคล#4อนท 4อย+*รอบน%ว่เคล ยสท 4ม ค*าพล�งงานเฉพาะต�ว่ท 4ม ค*าพล�งงานต�4า เร ยกว่*าอะตอมอย+*ใน สถ้านะพ#.น (Ground state)

เม#4ออะตอมได�ร�บพล�งงานเพ%4มข5.น อะตอมจำะไม*เสถ้ ยร เพราะม

พล�งงานส+ง เร ยกว่*าอย+*ใน สถ้านะถ้+กกระต��น (Excited state)สภาว่ะท 4อะตอมม พล�งงาน

ต*างๆ เร ยกว่*า ระด�บพล�งงานของอ%เล;กตรอน

30

อะตอมสถ้านะพ#.น (Ground state)

อะตอมสถ้านะถ้+กกระต��น (Excited state)

สเปกตร�ม เก%ดจำากอะตอมคายพล�งงานท 4ได�ร�บเข�าไปเพ#4อให�ม พล�งงานต�4าลง เพ#4อท 4อะตอมจำะเสถ้ ยรมากข5.น พล�งงานท 4ออกมาส*ว่นใหญ่*

อย+*ในร+ปของพล�งงานแสง

แสงท 4ปรากฏออกมาตาของคนเราไม*สามารถ้แยกแยะคว่ามถ้ 4

ได� ต�องใช�เคร#4อง ม#อ เช*น แผ่*นเก

รตต%.ง31

โฟตอน

สเปกตร�มถ้�าแสงส ท 4ปรากฏออกมาเป/นล�กษณะต*อเน#4องก�น เช*น ร��งก%นน�.า หร#อ จำากไส�หลอดไฟฟ8า เร ยกว่*า แถ้บสเปกตร�ม หร#อสเปกตร�มต*อเน#4อง ( continuous spectrum) แต*ถ้�าแสงส ไม*ต*อเน#4องก�น จำะเห;นเส�นแสงส แยกจำากก�นอย*างช�ดเจำน เร ยกว่*า เส�นสเปกตร�ม ( line spectrum)แถ้บ

สเปกตร�มเส�น

สเปกตร�ม

ท�าไม ไฮโดรเจำนม อ%เล;กตรอนเพ ยง 1 อ%เล;กตรอน แต*ม เส�นสเปกตร�มได�หลายเส�น ???

ส ม*ว่งส น�.าเง%

น

ส ฟ8าน�.าทะเล

ส แดง

คว่ามยาว่คล#4น

(nm)

ส สเปกตร�ม

410 434 486 656

พล�งงาน (kJ)

4.84

x10-

22

3.02

x10-

224.08

x10-

22

4.57

x10-

22

33

ผ่ลต*างระหว่*างพล�งงานของเส�นสเปกตร�มของอะตอมไฮโดรเจำน

เส�นสเปกตร�ม

(nm) E(kJ) E(kJ)

ส ม*ว่ง 410

ส น�.าเง%น 434

ส น�.าทะเล 486

ส แดง 656

4.84x10-22

3.02x10-22

4.08x10-22

4.57x10-22

1.06 x 10-22

0.27 x 10-22

0.49 x 10-22

จำากค*าผ่ลต*างระหว่*างพล�งงานของเส�น สเปกตร�มท 4อย+*ถ้�ดก�น บอกให�ทราบ

เก 4ยว่ก�บระยะห*างระหว่*างพล�งงานแต*ละ ระด�บหร#อไม* อย*างไร ???

34

ระยะห*างระหว่*างพล�งงานแต*ละระด�บคว่รเป/นแบบใด

http://www.amazingrust.com/experiments/background_knowledge/Spectroscopy.html

21

35

36

สร�ปการเก%ดสเปกตร�มเส�นสเปกตร�มอะตอมเก%ดจำากการเคล#4อนท 4

ของอ%เล;กตรอนจำากสภาว่ะท 4ม พล�งงานจำ�าเพาะค*าหน54งไปย�งพล�งงานจำ�าเพาะอ กค*าหน54งถ้�าอ%เล;กตรอนเคล#4อนท 4จำากระด�บพล�งงานส+งไปย�งระด�บพล�งงานต�4ากว่*าจำะปล*อยพล�งงานโฟตอนออกมาเก%ดเป/นเส�นสเปกตร�มแบบเปล*งแสง(emission line)

ถ้�าอ%เล;กตรอนถ้+กกระต��นจำากจำากระด�บพล�งงานต�4าไปย�งระด�บพล�งงานส+งกว่*าจำะม การด+ดกล#นพล�งงานโฟตอนจำ5งส�งเกตเห;นแถ้บสเปกตร�มแบบด+ดกล#นแสง(absorption line)

37

สเปกตร�มแบบเปล*งแสง(emission line) และ สเปกตร�มแบบด+ดกล#นแสง(absorption line)

38

พล�งงานท 4เปล 4ยนแปลงในอะตอมเข ยนสมการได�เป/น

E = E สภาว่ะส�ดท�าย - E สภาว่ะเร%4ม

ต�น

แบบจำ�าลองอะตอมของโบร�

อ%เล;กตรอนจำะเคล#4อนท 4รอบน%ว่เคล ยสเป/นว่งคล�ายก�บว่งโคจำรของดาว่เคราะห�รอบดว่ง

อาท%ตย� แต*ละว่งจำะม ระด�บพล�งงานเฉพาะต�ว่

ว่งท 4อย+*ใกล�น%ว่เคล ยสจำะม พล�งงานต�4าท 4ส�ด

39

ระด�บพล�งงาน(shell)