แบบ จำ ลอง อะตอม
คำ นำ หนังสือเล่มนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับการพัฒนาหนังสือ อิเล็กทรอนิกส์ e-book เรื่อรื่งเเบบจําลองอะตอม เพื่อนำ ไป ใช้ในการเรียรีนรู้ ส่วนนักเรียรีนจะได้ทราบวิธีวิธีการเรียรีนรู้การ ศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับระบบสารสนเทศ การจัดทำ หนังสือ เล่มนี้ขึ้นเพื่อศึกษาความพึงพอใจของการใช้หนังสือ อิเล็กทรอนิกส์ e-book เรื่อรื่งแบบจำ ลองอะตอมเพื่อให้ นักเรียรีนเกิดความรู้ความเข้าใจสามารถนำ ไปประยุกต์ใช้ใน การจัดการเรียรีนการสอนต่อไป จัดทำ โดย คณะผู้จัดทำ
สารบัญ บั หน้า คำ นำ ก สารบัญ ข แบบจำ ลองอะตอมของดอลตัน 1 แบบจำ ลองอะตอมของทอมสัน 2-3 แบบจำ ลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด 4 แบบจำ ลองอะตอมของโปร์ 5-6 แบบจำ ลองอะตอมของ กลศาตร์ควอนตัม 7 (กลุ่มหมอก)
แบบจำ ลองอะตอมของดอลตัน ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) นัก วิทวิยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการ เปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำ ปฏิกิริยริารวมทั้งทั้อัตราส่วนโดยมวของ ธาตุที่รวมกันเป็นป็ สารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้ 1. ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หลายอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เรียรีกว่าว่ “อะตอม” ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และทำ ให้สูญหายไม่ได้ 2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่นมีมวลเท่ากัน แต่จะมี สมบัติต่างจากอะตอมของธาตุอื่น 3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าว่หนึ่งชนิดทำ ปฏิกิริยริาเคมีกันใน อัตราส่วนที่เป็นป็เลขลงตัวน้อย ๆ ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับ หนึ่ง แต่ต่อมานักวิทวิยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎี อะตอมของ ดอลตัน เช่น พบว่าว่อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่าง กันได้ อะตอมสามารถแบ่งแยกได้แบบจำ ลองอะตอมของดอลตัน 1
แบบจำ ลองอะตอม หรือรืแบบจำ ลองขนมปังปัลูกเกด (อังกฤษ: plum pudding model) ของ เจ. เจ. ทอมสัน ผู้ค้นพบอิเล็กตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1897 เป็นป็แบบจำ ลองที่เสนอขึ้นในปี ค.ศ. 1904 ก่อนการค้นพบนิวเคลียสของ อะตอม แนวคิดของแบบจำ ลองนี้คือ อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน(ซึ่งเวลา นั้นนั้ทอมสันยังเรียรีกว่าว่ “คอร์พัสเคิล”ส่วน จี.เจสโตนีย์ เสนอให้เรียรีกอะตอมของไฟฟ้าฟ้ว่าว่ “อิเล็กตรอน” เมื่อปี 1894ล้อมรอบด้วยทะเล ของประจุบวกเพื่อรักษาสมดุลกับประจุลบของอิเล็กตรอน เปรียรีบเทียบประจุ ลบเหมือนเป็นป็ “ลูกเกด” ที่ถูกล้อมรอบด้วยประจุบวก “ขนมปังปั ” โดยที่ อิเล็กตรอนนั้นนั้อยู่กระจายทั่วทั่ไปในอะตอม แต่ด้วยโครงสร้างต่างๆกันมากมาย แบบหนึ่ง คือมีวงแหวนของอิเล็กตรอนด้วย บางครั้ง ก็กล่าวกันว่าว่อะตอมเป็นป็ “กลุ่มเมฆ” ของ ประจุบวกแทนที่จะเป็นป็ทะเล ด้วยแบบจำ ลองนี้ ทอมสันได้ละทิ้งสมมุติฐานดั้งดั้เดิมของตนเกี่ยวกับ “เนบิวลาอะตอม” ที่ว่าว่อะตอมประกอบด้วยวงวน ซึ่งจับต้องไม่ได้ แบบจำ ลองอะตอมของทอมสัน ภาพจำ ลองแนวคิดแบบจำ ลองอะตอมของทอมสัน ซึ่ง “คอร์พัสเคิล” (หรือรื อิเล็กตรอนตามที่เรารู้จักกันในปัจปัจุบัน) กระจายตัวอยู่ทั่วทั่ไปภายในอะตอม เมื่อเปรียรีบกับทฤษฎีอะตอมในปัจปัจุบัน อย่างน้อยก็มีส่วนหนึ่งของอะตอมที่ ประกอบด้วยคอร์พัสเคิลหรือรือนุภาคประจุลบของทอมสัน แต่ส่วนประจุบวก นั้นนั้คำ อธิบายในแบบจำ ลองของทอมสันยังไม่ถูกต้อง 2
แบบจำ ลองของทอมสันถูกพิสูจน์ค้านด้วยการทดลองฟอยล์ทองคำ ของไก เกอร์-มาร์สเดนเมื่อปี ค.ศ. 1909 ซึ่งต่อมาได้รับการตีความจาก เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ในปี ค.ศ. 1911 ว่าว่มีนิวเคลียสของอะตอมขนาดเล็กมากๆ บรรจุประจุบวกไว้อว้ย่างหนาแน่น (ในกรณีของทองคำ มีประจุบวกมากพอจะ รักษาสมดุลกับอิเล็กตรอน100ตัว)ซึ่งเป็นป็ที่มาของแบบจำ ลองอะตอมของ รัทเทอร์ฟอร์ด แม้ว่าว่ทองคำ จะมีเลขอะตอมเป็นป็ 79 แต่ทันทีหลังจากที่ บทความของรัทเทอร์ฟอร์ดเผยแพร่ออกมาในปี 1911 อันโตเนียส แวน เดน โบรก ก็เสนอแนวคิดทันทีว่าว่เลขอะตอมนั้นนั้ “เท่ากับ” จำ นวนประจุนิวเคลียส ต่อมา เฮนรี มอสลีย์ทำ การทดลองในปี 1913 ว่าว่ ประจุในนิวเคลียสนั้นนั้มีค่า ใกล้เคียงกับเลขอะตอมมาก (มอสลีย์พบว่าว่มันต่างกันแค่หน่วยเดียว) ปี เดียวกันนั้นนั้มีการนำ เสนอแบบจำ ลองของบอร์ ซึ่งเสนอว่าว่นิวเคลียสนั้นนั้บรรจุ ประจุบวกเป็นป็จำ นวนเท่ากับเลขอะตอม ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนจำ นวนเท่ากัน อยู่ในออร์บิทัลแบบจำ ลองอะตอมของดอลตัน 3
ใน ค.ศ. 1906 เออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด( Ernest Rutherford ) และคณะ ได้ทดลองยิงอนุภาคแอลฟา ( เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ซึ่งได้มาจาก การสลายของธาตุกัมมันตรังสี เช่น เรเดียม) ไปที่แผ่นโลหะบาง พบว่าว่อนุภาค แอลฟาส่วนใหญ่สามารถผ่านแผ่นโลหะได้ โดยมีการกระเจิง ( การเบนจากแนว การเคลื่อนที่เดิมไปในทิศทางต่างๆกันของอนุภาค การทดลองการกระเจิงของ อนุภาคเป็นวิธีวิธีหนึ่งที่ใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอม ) น้อยมาก และ มีอนุภาคแอลฟาบางอนุภาคกระเจิงจากแนวเดิมเป็นมุมกว้าว้งและมีบางตัว สะท้อนกลับทางเดิม ทำ ให้รัทเธอร์ฟอร์ดสรุปว่าว่ ในอะตอม อนุภาคที่มี ประจุไฟฟ้าบวกควรรวมกันอยู่ในปริมริาตรเล็กๆที่ศูนย์กลาง จากการค้นพบนี้ ทำ ให้รู้ว่าว่แบบจำ ลองอะตอมของทอมสันไม่ถูกต้อง รัทเธอร์ฟอร์ดจึงได้เสนอแบบจำ ลองอะตอมขึ้นใหม่ว่าว่อะตอมประกอบด้วย ประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่ที่ศูนย์กลาง เรียรีกว่าว่นิวเคลียส ซึ่งถือว่าว่เป็นที่รวม มวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียส ด้วย ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียส และระหว่าว่ง นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนจึงเป็นที่ว่าว่ง เนื่องจากแบบจำ ลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด ยังมีข้อบกพร่องบางประการ เช่น ไม่สามารถอธิบายได้ว่าว่ทำ ไมอิเล็กตรอนจึงวนรอบนิวเคลียสได้ โดยไม่สูญ เสียพลังงาน และทำ ไมประจุไฟฟ้าบวกจึงรวมกันอยู่ภายในนิวเคลียสได้ ทั้งๆที่มี แรงผลักเนื่องจากประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกัน จึงทำ ให้นักฟิสิกส์พยายามหาแบบ จำ ลองอะตอมขึ้นใหม่ แบบจำ ลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด 4
แบบจำ ลองอะตอมของโบร์ นักวิทวิยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาเรื่อรื่งเกี่ยวกับอะตอม โดยได้เสนอแบบ จำ ลองอะตอมจากการทดลองที่เกิดขึ้น ซึ่งแบบจำ ลองของรัทเธอร์ฟอร์ด ได้รับการยอมรับแต่ก็ยังไม่สมบูรณ์ จึงมีผู้พยายามหาคำ อธิบายเพิ่มเติม โดยในปี 1913 นีล โบร์ (Niels Bohr) ได้นำ ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม มาประยุกต์ใช้ในการทดลอง เพื่อพัฒนาแบบจำ ลองอะตอมของรัทเธอร์ฟ อร์ด แต่ในการทดลองของเขาสามารถอธิบายได้เฉพาะอะตอมของ ไฮโดรเจนที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว โดยได้เสนอแบบจำ ลองอะตอมข องไฮโดรเจนว่าว่ 1. อิเล็กตรอนจะวิ่งวิ่วนเป็นป็วงกลมรอบนิวเคลียส โดยมีวงโคจรบางวงที่มี อิเล็กตรอนไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้ออกมาในวงโคจรดังกล่าว 2. อิเล็กตรอนจะรับหรือรืปล่อยพลังงานออกมา เมื่อมีการเปลี่ยนวงโคจรที่ กล่าวในข้อที่ 1 พลังงานที่อิเล็กตรอนรับหรือรืปล่อยออกมาจะอยู่ในรูป คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้ซึ่งสมมติฐานของโบร์ สามารถอธิบายปัญปัหา ปรากฏการณ์ของอะตอมไฮโดรเจนได้ คือ 1. เหตุผลที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของไฮโดรเจนได้โดยไม่แผ่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้เพราะอิเล็กตรอนโคจรในระดับพลังงานของอะตอม บางวง ซึ่งวงในสุดจะเสถียร 2. สเปกตรัมของไฮโดรเจนเกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของ อิเล็กตรอน จากสถานะกระตุ้นมายังสถานะต่ำ กว่าว่หรือรืสถานะพื้น จะแผ่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้ออกมา อาจเห็นเป็นป็เส้นสว่าว่งที่ไม่ต่อเนื่อง และอาจมี ความถี่อื่นๆ อีกที่ตามองไม่เห็นแบบจำ ลองอะตอมกลุ่มหมอก แบบจำ ลองอะตอมของโปร์ 5
เนื่องจากแบบจำ ลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) มีข้อจำ กัดที่ไม่ สามารถใช้อธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน ได้มีการ ศึกษาเพิ่มเติมจนได้ข้อมูลที่เชื่อว่าว่อิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นป็ทั้งทั้อนุภาคและ คลื่น โดยเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในลักษณะของคลื่นนิ่ง บริเริวณที่พบ อิเล็กตรอนได้พบได้หลายลักษณะเป็นป็รูปทรงต่าง ๆ ตามระดับ พลังงานของอิเล็กตรอน จากการใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัม สร้างสมการขึ้นเพื่อคำ นวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน 1. อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไป ทั่วทั่ทั้งทั้อะตอม จึงไม่สามารถบอกตำ แหน่งที่แน่นอนของอะตอมได้ 2. มีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเริวณเท่านั้นนั้ทำ ให้ สร้างมโนภาพได้ว่าว่อะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส 3. บริเริวณที่กลุ่มหมอกทึบแสดงว่าว่ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้ มากกว่าว่บริเริวณที่มีกลุ่มหมอกจาง” 6
เนื่องจากแบบจำ ลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) มีข้อจำ กัดที่ไม่ สามารถใช้อธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน ได้มีการ ศึกษาเพิ่มเติมจนได้ข้อมูลที่เชื่อว่าอิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทั้งทั้อนุภาคและ คลื่น โดยเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในลักษณะของคลื่นนิ่ง บริเวณที่พบ อิเล็กตรอนได้พบได้หลายลักษณะเป็นรูปทรงต่าง ๆ ตามระดับพลังงาน ของอิเล็กตรอน จากการใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัมสร้างสมการขึ้น เพื่อคำ นวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่าง ๆ พบว่า แบบจำ ลองนี้อธิบายเส้นสเปกตรัมได้ดีกว่าแบบจำ ลองอะตอมของโบร์ โดยแบบจำ ลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกกล่าวไว้ดังนี้ 1. อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั่ ทั้งทั้อะตอม จึงไม่สามารถบอกตำ แหน่งที่แน่นอนของอะตอมได้ 2. มีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเวณเท่านั้นนั้ทำ ให้ สร้างมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส 3. บริเวณที่กลุ่มหมอกทึบแสดงว่าโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้มากกว่า บริเวณที่มีกลุ่มหมอกจาง” แบบจำ ลองอะตอมของ กลศาตร์ควอนตัม (กลุ่มหมอก) 7
บรรณานุกรม https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7121-atomic-model https://www.mututor.com/home/news/49 https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7437-2017-08-11-04-28-08
จัดทำ โดย นางสาวกนิษฐา ทองสุระวิโวิรจน์ เลขที่ 5 นางสาวสุภาวิดวิา พิริชัริชัยกุล เลขที่ 7 นางสาวนันทิดา ยุทธนาวิลวิาศ เลขที่ 16 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1 เสนอโดย นางสาวกาญจนา จตุพรพิพัฒิน์