ม.4 อะตอม

อะตอม
และสมบัติของธาตุ

กฤษติยาภรณ์ ไชยวรรณ์

ดิโมครติ สุ (Democritus) นักปราชญช์ าวกรีก
ได้เสนอแนวคิดวา่
“ถา้ แบง่ สง่ิ ตา่ งๆ ใหม้ ขี นาดเล็กลงเรอ่ื ยๆ ในท่ีสุดจะได้
หนว่ ยย่อยซึง่ ไมส่ ามารถแบ่งให้เลก็ ลงไปได้อีก”

ซึง่ เรียกหน่วยย่อยนวี้ า่ “อะตอม”

อะตอมมขี นาดเล็กมากและมองไมเ่ หน็ ด้วยตาเปลา่
การไดม้ าซึง่ แบบจาลองอะตอม ตอ้ งใชก้ ระบวนการทาง
วิทยาศาสตร์ เช่น การสังเกต การตง้ั สมมติฐาน การทดลอง
การลงความเห็นจากขอ้ มลู แล้วนาความรทู้ ไ่ี ด้มาผสมกับ
จินตนาการ สร้างเปน็ แบบจาลองเพอ่ื ให้ง่ายต่อการเขา้ ใจ

แบบจาลองอะตอม

เม่อื แบบจาลองอะตอมเดิมไม่สามารถใชอ้ ธบิ าย
ข้อมูลหรือผลการทดลองใหม่ แบบจาลองอะตอมน้ัน ๆ ก็
สามารถเปลีย่ นแปลงได้ แบบจาลองอะตอมมีววิ ัฒนาการ
ดงั นี้

1. แบบจาลองอะตอมของดอลตนั

ในปี พ.ศ. 2346 จอห์น ดอลตนั นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ ได้เสนอทฤษฎี
อะตอม เพื่อธบิ ายเก่ยี วกบั การเปลีย่ นแปลงมวลของสารกอ่ นและหลงั ทาปฏกิ ิรยิ า และใช้
อธบิ ายอตั ราส่วนโดยมวลของธาตทุ ่รี วมกันเปน็ สารประกอบมสี าระสาคัญ ดังนี้

1. ธาตุประกอบดว้ ยอนภุ าคเล็ก ๆ เรยี กวา่
“อะตอม” ซงึ่ แบ่งแยกและทาใหส้ ญู หายไมไ่ ด้

ทรงกลมตนั

แบบจาลองอะตอมของดอลตัน

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมสี มบัติเหมือนกนั
เช่น มมี วลเทา่ กัน แต่จะมสี มบตั แิ ตกตา่ งจากอะตอมธาตอุ น่ื

3. สารประกอบเกดิ จากอะตอมของธาตุมากกวา่ 1
ชนดิ ทาปฏิกริ ิยาเคมกี นั ในอัตราสว่ นท่เี ป็นเลขลงตวั น้อย ๆ

2. แบบจาลองอะตอมของทอมสัน

นกั วิทยาศาสตร์หลายคนไดศ้ กึ ษาการนาไฟฟา้ ของแกส๊ โดยใช้หลอดรังสแี คโทด ซึ่งเปน็
หลอดแก้วที่บรรจุแกส๊ ความดนั ต่า มอี ะตอมของแกส๊ ไมห่ นาแน่น ประจุไฟฟา้ สามารถเดินทางได้ไกล

เม่ือเพ่มิ ความตา่ งศักยไ์ ฟฟา้ ระหวา่ งขวั้ ไฟฟา้ ใหส้ งู ขึ้น จะมีกระแสไฟฟา้ ไหลผา่ น และมรี งั สี
ออกจากแคโทดไปยงั แอโนด เรยี กวา่ รงั สีแคโทด

รงั สีแคโทดไม่สามารถมองเห็นไดด้ ว้ ยตาเปล่า เพอ่ื ตดิ ตามการเคลอ่ื นทขี่ องรงั สแี คโทด จงึ ต้องฉาบสาร
เรอื งแสงไวท้ ี่ฉาก เมื่อรังสีแคโทดตกกระทบสามารถมองเห็นเปน็ จุดได้ดว้ ยตาเปลา่

นกั วทิ ยาศาสตร์ไดท้ ดลองศกึ ษาการเคลอ่ื นทีข่ องรังสีแคโทดผา่ น (C)สนามไฟฟ้า , (A)สนามแม่เหลก็

เมื่อรังสีแคโทดเคล่ือนทผ่ี า่ นสนามไฟฟา้ (C) พบวา่
แนวการเคล่อื นท่เี บนเขา้ หาข้วั บวกของสนามไฟฟา้ จึงสรปุ วา่
รังสีแคโทดประกอบไปด้วยอนภุ าคทีเ่ ป็นประจไุ ฟฟ้าลบ

เมอื่ รังสีแคโทดเคล่อื นทีผ่ า่ นสนามแมเ่ หล็ก (A) พบวา่
แนวการเคลอื่ นท่ีเบนไปจากเดิม

จอห์น ทอมสัน ได้ทดลองเพอ่ื ศึกษาการเคลือ่ นทข่ี องรังสแี คโทดผา่ น (B)สนามแมเ่ หล็กและสนามไฟฟา้
โดยให้รังสแี คโทดเคล่อื นทผี่ ่านสนามไฟฟ้าที่ตงั้ ฉากกบั สนามแมเ่ หล็ก ปรบั สนามไฟฟ้าใหท้ ิศทางการเคล่อื นทขี่ องรังสีไม่
เบนไปจากเดมิ ทส่ี ภาวะนแี้ รงท่เี กิดขึ้นจากสนามไฟฟา้ และสนามแม่เหล็กมีคา่ เท่ากนั แต่มีทศิ ทางตรงขา้ มกัน

จากขอ้ มูลการทดลอง ทอมสนั ได้นามาคานวณหาประจุต่อมวลของรังสแี คโทด มีคา่ = 1.76 x 108 คูลอมบ์
ต่อกรมั เม่ือทดลองโดยเปล่ียนแกส๊ และเปล่ียนโลหะข้วั แคโทดก็ได้ค่าเทา่ กนั

จงึ สรุปว่า อนภุ าคท่ีออกมาจากโลหะต่างชนิดกันเปน็ อนภุ าคเดยี วกนั เรยี กอนภุ าคนว้ี ่า อิเล็กตรอน

จากการค้นพบอเิ ล็กตรอน และทราบวา่ อะตอมเปน็ กลางทางไฟฟา้ ทาใหท้ อมสนั
เสนอแบบจาลองอะตอมว่า “อะตอมเปน็ รูปทรงกลมประกอบด้วยเน้อื อะตอมซึ่งมปี ระจุ
บวก และอเิ ล็กตรอนซง่ึ มปี ระจลุ บกระจายอยุ่ท่วั ไป”

3. แบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

รัทเทอร์ฟอรด์ ไดพ้ สิ จู นแ์ บบจาลองอะตอมของทอมสนั โดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปยงั แผน่ ทองคาบางๆ

ซ่งึ การทดลองของรทั เทอร์ฟอรด์ ไมส่ ามารถอธบิ ายได้ดว้ ยแบบจาลองอะตอมของทอมสนั เพราะ
รงั สแี อลฟาผ่านแผ่นทองคาไปได้ แสดงวา่ ภายในอะตอมตอ้ งเป็นทีว่ า่ งบริเวณกว้าง

-การทร่ี ังสแี อลฟาทะลผุ ่านหมายความว่าอะตอมมที ่ีว่าง

-การท่รี ังสีแอลฟาเกดิ การเบ่ียงเบนและสะทอ้ นกลบั
แสดงว่าอะตอมมีกลุ่มอนุภาคขนาดเลก็ มมี วลสูงกว่ารงั สี
แอลฟาและมปี ระจบุ วก

รทั เทอร์ฟอร์ด ไดเ้ สนอแบบจาลองอะตอมวา่
“อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสท่มี ีโปรตอนอยู่รวมกันทแี่ กนกลางนิวเคลียส มีขนาด
เลก็ แตม่ มี วลมากและมปี ระจุบวก สว่ นอเิ ล็กตรอนมีประจลุ บมีมวลน้อย ว่ิงรอบ
นวิ เคลียสเป็นบริเวณกว้าง”

มวลสว่ นใหญข่ องอะตอมคือ นิวเคลียส อเิ ลก็ ตรอนมมี วลนอ้ ยมาก ๆ จนถอื วา่
ไม่มีผลตอ่ มวลอะตอม

ต่อมา เซอร์เจมส์ แซดวกิ (Sir James Chadwick) ไดค้ ้นพบอนภุ าค
นิวตรอนในนวิ เคลยี สของอะตอม ทาใหท้ ราบวา่ อะตอมประกอบด้วยอนุภาคทส่ี าคัญ
3 ชนดิ ไดแ้ ก่ โปรตอนและนวิ ตรอนซึ่งรวมกนั เปน็ นิวเคลียส และอิเลก็ ตรอนที่
เคล่ือนทอ่ี ย่รู อบนวิ เคลยี ส

4. แบบจาลองอะตอมของโบร์

แสงทป่ี ระสาทตาของมนษุ ยส์ ามารถรบั รูไ้ ด้เรียกว่า แสงที่มองเหน็ ได้

มีความยาวคลน่ื ชว่ ง 400-700 nm ประสาทตาของมนษุ ยไ์ ม่สามารถแยก

แสงเป็นสีตา่ งๆได้ จึงเหน็ เปน็ มองเหน็ สีรวมกัน เรยี กวา่ แสงขาว

เม่ือแสงขาวส่องผ่านปริซึม จะแยกออกเป็นสรี งุ้ ต่อเนอ่ื งกัน เรยี กว่า
แถบสเปกตรัมของแสงขาว

Max Planck ไดศ้ กึ ษาพลงั งานของคลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ไดข้ อ้ สรปุ ว่า

พลงั งานของคล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ แปรผันตามความยาวคล่ืน

E⍺V

สเปคตรมั คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า หรอื E = hv
เนอื่ งจาก V=c

ดังนน้ั λ

E = hc

λ

เม่อื ธาตุได้รบั พลังงานมากพอจะสามารถ
สงั เกตเุ หน็ สเปกตรมั ของธาตุผ่านแผ่นเกรตติงได้ เสน้
สเปกตรมั ของแต่ละธาตุจะแตกตา่ งกนั

เส้นสเปกตรมั เกดิ จาก อเิ ล็กตรอนที่เคลอื่ นท่ี
รอบนวิ เคลียส สถานะพ้ืน ไดร้ ับพลงั งาน จึงถกู กระตนุ้
ไปอยู่ในระดับพลงั งานท่ีสูงกวา่ เดิม สถานะกระตนุ้
อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ย่ใู นสถานะกระตุ้นไมเ่ สถียร เพราะมี
พลงั งานสงู จึงคายพลงั งานออกมา แล้วกลับสู่สถานะ
ที่มีพลงั งานต่าลง พลงั งานท่ีคายออกมาจะอยู่ในรูป
ของพลงั งานแสง ปรากฏเปน็ เสน้ สเปกตรมั

สภาวะของอเิ ล็กตรอนทม่ี พี ลังงานต่าง ๆ
เรยี กวา่ ระดับพลังงานของอเิ ล็กตรอน

สเปคตรมั คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้

จากการศกึ ษาเส้นสเปกตรมั ของอะตอมไฮโดรเจนทมี่ ี 1 อเิ ล็กตรอน พบวา่ มเี ส้นสเปกตรัมปรากฎ
ทค่ี วามยาวคลื่น ดังน้ี

จากตาราง แสดงว่าอะตอมไฮโดรเจนมพี ลังงานหลายระดบั ความแตกตา่ งระหว่างพลงั งานแต่ละ
ระดบั มีคา่ นอ้ ยลงเมอ่ื ระดบั พลังงานสูงขนึ้

การท่ีนักวิทยาศาสตร์ ใช้สเปกตรมั ของอะตอมไฮโดรเจนในการแปลความหมายสเปกตรมั เพราะว่า อะตอมไฮโดรเจน
มอี เิ ล็กตรอนเดยี วแต่แสดงเส้นสเปกตรมั ออกมาไดห้ ลายเสน้ หมายความวา่ อเิ ล็คตรอนเดยี วสามารถขน้ึ ไปอยใู่ นสถานะกระตุ้น
ที่มีพลังงานแตกต่างกนั ได้หลายระดบั

เสน้ สเปกตรมั สมี ่วงเกิดจาก อเิ ล็กตรอนถูกกระตนุ้ โดยพลงั งานสงู และคายพลงั งานออกมาสงู กวา่ ในเสน้ สีแดง

แบบจาลองอะตอมของโบร์

นลี ส์ โบร์ (Niels Bohr) นักฟิสิกส์ชาวเดนมารก์ ไดศ้ กึ ษา
เกยี่ วกบั การเปล่ียนแปลงระดบั พลังงานของอิเล็กตรอนและการ
นีลส์ โบร์ (Niels Bohr) นกั ฟิสกิ สช์ าวเดนมารก์ ไดศ้ กึเกษิดาสเกเป่ียกวกตบัรกัมาขรอเปงธลา่ียตนแุแลปะลสงารระปดรบั ะพกลองั บงาหนลขาอยงชอนเิ ลิด็กจตึงรอไดน้เแสลนะอการเกิดสเปกตรมั
ของธาตแุ ละสารประกอบหลายชนดิ แจบงึ ไบดจเ้ สาลนอองแอบะบตจอามลอแลงอะะพตฤอตมิกแรลระมพขฤอตงกิ อริเรลม็กขตอรงออิเนลก็ วต่ารอน

อะตอมประกอบดว้ ยโปรตอนและนิวตรอนอยูร่ วมกนั ท่ีนวิ เคลยี สซงึ่ มขี นาดเล็กมากอยตู่ รงกลาง
ของอะตอม โดยมอี ิเลก็ ตรอนเคลื่อนทรี่ อบนวิ เคลยี สเปน็ ชนั้ ๆ ในแต่ละชน้ั มีพลงั งานเฉพาะค่าหนึ่ง
ลกั ษณะคลา้ ยวงโคจรของดาวเคราะหร์ อบดวงอาทิตยซ์ ่งึ ชนั้ ทีม่ ีพลังงานระดับตา่ สดุ จะอย่ใู กลน้ ิวเคลยี ส
มากที่สุด และอเิ ล็กตรอนทีว่ งนอกสุดจะมีพลังงานมากทส่ี ุด

5. แบบจาลองอะตอมของกลุ่มหมอก

เออร์วนิ ชโรดิงเงอร์ (Erwin Schrodinger) ได้ศึกษาพฤตกิ รรมของอเิ ล็กตรอน

และได้นาเสนอ สมการชโรดงิ เงอร์ เพอ่ื คานวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลงั งาน
แบบตจา่ างลๆองซอ่ึงะตสอามมแาบรบถกอลธุม่ บิหมายอกเสน้ สเปกตรัมของธาตไุ ด้ถูกตอ้ งมากกว่า

เนือ่ งจากอเิ ล็กตรอนมขี นาดเลก็ มากและเคลื่อนท่ีอยา่ งรวดเรว็ ตลอดเวลารอบ
นวิ เคลยี ส ทาให้ไมส่ ามารถบอกตาแหนง่ ท่ีแน่นอนของอิเล็กตรอนได้ จงึ ไดเ้ สนอแบบจาลอง
อะตอมแบบกลมุ่ หมอก

แบบจาลองอะตอมแบบกลุม่ หมอก อะตอมมีนวิ เคลียส (n+p) อยตู่ รงกลาง และมีกลุ่ม
หมอกอิเลก็ ตรอน (e-) โดยโอกาสท่ีพบอเิ ล็กตรอนข้ึนอยกู่ ับ
หลักความไมแ่ นน่ อนของ ไฮเซนเบรกิ์ จะพบอิเล็กตรอนนอ้ ย
เม่ือกล่มุ หมอกบาง โอกาสพบอเิ ลก็ ตรอนมากเมื่อกลุ่มหมอก
หนา

หลกั ความไมแ่ นน่ อนของไฮเซนเบิร์ก
“เราไมส่ ามารถรู้ตาแหนง่ ทีอ่ ยแู่ ละโมเมนตัมของอเิ ลก็ ตรอนไดอ้ ยา่ งเทยี่ งตรงพรอ้ มๆกนั ได้
เช่น ถ้าวดั หาตาแหน่งหนงึ่ ไดอ้ ยา่ งแน่นอนแลว้ ค่าของโมเมนตมั ทว่ี ัดออกมาพร้อมๆกันนั้น
จะไมแ่ นน่ อนอยา่ งย่ิง”

อนภุ าคในอะตอมและไอโซโทป

อนภุ าคมลู ฐานของอะตอม จากการศกึ ษาเกีย่ วกับโครงสรา้ งอะตอมในตอนแรก ทา
ให้นกั วิทยาศาสตร์เช่อื ว่าอะตอมประกอบด้วยอนภุ าค 2 ชนดิ คือ
อิเล็กตรอน และโปรตอน จนกระท่งั การศึกษาเกี่ยวกบั อะตอม ได้
พฒั นาการมากขึ้นจึงไดท้ ราบว่านอกจากจะมีอเิ ล็กตรอนและ
โปรตอนแลว้ ยังมีนิวตรอน อนภุ าคท้ังสามชนิดน้ีเรยี กวา่
อนุภาคมูลฐานของอะตอม

แบบจาลองอะตอมแบบตกาลราุ่มงหมแอสกดงข้อมูลบางประการของอิเลก็ ตรอน โปรตรอน และนวิ ตรอน

อนุภาค สัญลักษณ์ ประจุไฟฟ้า (คูลอมบ์) ชนดิ ของ มวล (กรัม)

ประจุไฟฟ้า

อิเล็กตรอน e 1.602 x 10-19 - 9.109 x 10-28

โปรตอน p 1.602 x 10-19 + 1.673 x 10-24

นิวตรอน n 0 0 1.675 x 10-24

สัญลักษณน์ ิวเคลียร์

สัญลกั ษณน์ ิวเคลยี ร์ (nuclear symbol) เป็นสัญลกั ษณท์ ี่แสดงจานวนอนภุ าคมลู ฐานของอะตอม
ดว้ ยเลขมวลและเลขอะตอม เขียนแทนด้วยสัญลกั ษณ์ดงั นี้

เลขมวล (p+n) A X สญั ลักษณข์ องธาตุ
เลขอะตอม (p)
อะตอมของธาตเุ ปน็ กลางทางไฟฟา้
X คือ สญั ลักษณ์ของธาตุ (จานวนโปรตอน = จานวนอเิ ล็กตรอน)
Z คอื เลขอะตอม (atomic number)

เป็นจานวนโปรตอนในนิวเคลยี ส
A คอื เลขมวล (mass number)

เปน็ ผลบวกของจานวนโปรตอนกบั นวิ ตรอน

มวลของอะตอม = มวลของนิวเคลยี ส
= [มวลของโปรตรอน(p) + มวลของนวิ ตรอน(n)]

ตวั อยา่ งท่ี 1 จงหาจานวนอนภุ าคมูลฐานของ 40 Ca
20

วธิ ีทา จานวนโปรตรอน (p) = เลขอะตอม = 20

จานวนโปรตอน (p) + จานวนนิวตรอน (n) = เลขมวล = 40

จานวนนิวตรอน (n) = เลขมวล – เลขอะตอม

= 40 – 20 = 20

แบบจาลอดงังอนะตนั้ อมอแนบภุบากคลมุ่มหูลมฐอากนของ 40 Ca ได้แก่
20

1) จานวนโปรตรอน (p) เทา่ กับ 20 โปรตรอน

2) จานวนอเิ ล็กตรอน (e) เท่ากบั 20 อเิ ล็กตรอน

3) จานวนนิวตรอน (n) เท่ากับ 20 นิวตรอน

ตัวอย่างที่ 2 จงเขียนสัญลักษณน์ ิวเคลยี รแ์ ละหาจานวนอนภุ าคมลู
ฐานของ Na มีเลขอะตอมเทา่ กบั 11 และเลขมวลเท่ากบั 23

แบบจาลองอะตอมแสบัญบกลลมุ่กั หษมณอกน์ ิวเคลยี ร์ คือ 23 Na
11

อนภุ าคมลู ฐานของ คอื p = 11 e = 11 และ n= 12

ปกติแลว้ อะตอมเปน็ กลางทางไฟฟา้ เน่ืองจากมีจานวนโปรตอนเทา่ กับจานวน
อเิ ลก็ ตรอน (บวกเทา่ กบั ลบน่นั เอง) แต่ถา้ จานวนของอิเลก็ ตรอนในอะตอมเปลย่ี นแปลง
อะตอมนน้ั จะเปล่ยี นเป็นอนภุ าคทมี่ ปี ระจไุ ฟฟ้าบวกหรอื ลบเรียกวา่ ไอออน (ion)

แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

ไอออนแบง่ ออกได้เป็น 2 ประเภท คอื ไอออนบวก (Cation) และไอออนลบ
(Anion) ซงึ่ อะตอมของแตล่ ะธาตจุ ะเปลยี่ นเป็นไอออนบวกหรือลบไดน้ ้ัน จะเกดิ จากปจั จัย
ดงั ตอ่ ไปน้ี

1. อะตอมใหอ้ ิเล็กตรอนแลว้ เปล่ียนเป็นไอออนบวก โดยจะมีประจุเทา่ กบั จานวน
อเิ ลก็ ตรอนทเี่ สยี ไป เช่น

Na + มีประจบุ วก 1 แสดงว่า อะตอมของ Na สญู เสยี อิเล็กตรอนไป 1 ตัว
แบบจาลองอะตอMมgแบ2บ+กลมุ่มปี หรมะอจกุบวก 2 แสดงวา่ อะตอมของ Mg สญู เสียอิเลก็ ตรอนไป 2 ตวั

Al 3+ มปี ระจบุ วก 3 แสดงว่า อะตอมของ Al สูญเสยี อิเล็กตรอนไป 3 ตัว

2. อะตอมรับอเิ ลก็ ตรอนแลว้ เปลีย่ นเป็นไอออนลบ โดยจะมปี ระจเุ ทา่ กบั จานวนอเิ ล็กตรอน
ที่รับมา เช่น
แบบจาลองอะตอCมแlบ-บกลมุ่มหปี มรอะกจลุ บ 1 แสดงวา่ อะตอมของ Cl รับอเิ ลก็ ตรอนมา 1 ตัว

O 2- มีประจุลบ 2 แสดงว่า อะตอมของ O รบั อเิ ล็กตรอนมา 2 ตัว
N 3- มปี ระจุลบ 3 แสดงวา่ อะตอมของ N รับอิเล็กตรอนมา 3 ตวั

ตวั อย่างท่ี 3 จงหาจานวนอนุภาคมูลฐานของ 32 S2−
16

อนุภาคมลู ฐานของ คอื p = 16

แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก e = 18

n= 16

ไอโซโทป (Isotope)

แบบจาลองอะตคอือมแบธบากลตุ่มุชหมนอิดก เดยี วกนั เลขอะตอมเท่ากนั (โปรตรอนเทา่ กัน) แต่
เลขมวลต่างกนั

เชน่ ธาตุ H มี 3 ไอโซโทป ดังนี้ 1 H 2 H 3 H
1 1 1

ไอโซโทน (Isotone)

คือ ธาตตุ า่ งชนิดกนั เลขอะตอมและเลขมวลต่างกัน แต่มี
จานวนนวิ ตรอนเทา่ กัน เชน่

แบบจาลองอะตอมแบบกล่มุ หมอก

13 C เปน็ ไอโซโทนกบั 14 N (จานวน n เทา่ กบั 7 ท้ังสองธาตุ)
6 7

ไอโซบาร์ (Isobar)

แบบจาคลออื งอธะตาอตมแตุ บ่าบกงลชุม่ หนมดิ อกกัน มีเลขมวลเท่ากัน แตเ่ ลขอะตอมตา่ งกนั เชน่

13 C เป็นไอโซบารก์ บั 13 N
6 7