แบบจำลองอะตอม

บทท่ี 1
โครงสรา้ งอะตอม

1

ตรวจสอบความรกู้ ่อนเรียน

1. สารทกี่ าหนดให้ ลาดับ สาร ธาตุ สารประกอบ
ตอ่ ไปน้เี ปน็ ธาตหุ รอื
สารประกอบ 1 Ca  
2 H2O 
2 3 H2 
4 NaCl  
5 C6H12O6 
6 โซดาไฟ
7 โครเมยี ม

2. แบบจาลองอะตอมของนักวิทยาศาสตรใ์ นยคุ หนง่ึ เป็นดงั รปู จงนาคาท่กี าหนดให้ เตมิ ลงใน

ช่องว่างให้ถกู ตอ้ ง

นิวตรอน อเิ ล็กตรอน นิวเคลียส บวก ลบ

อิเล็กตรอน นวิ เคลียส

มีประจุไฟฟ้า ประกอบด้วย

ลบ โปรตอน นวิ ตรอน

มีประจุไฟฟ้า

บวก เป็นกลางทางไฟฟา้

3

3. ทาเครื่องหมาย หน้าขอ้ ความทถ่ี ูกตอ้ ง และทาเครื่องหมาย  หนา้ ขอ้ ความ
ท่ีไมถ่ ูกตอ้ ง

………. 3.1 ธาตเุ ป็นสารผสม พบไดท้ ้งั สถานะ ของแขง็ ของเหลว และแกส๊

(ธาตเุ ปน็ สารบรสิ ุทธ์)

………. 3.2 โปรตอน นวิ ตรอน และอิเลก็ ตรอน เปน็ อนุภาคทพ่ี บในอะตอมของธาตุ

………. 3.3 อเิ ลก็ ตรอนมปี ระจบุ วก

(อิเล็กตรอนมปี ระจุลบ ) 4

………. 3.4 ธาตุบางชนดิ สามารถแผ่รงั สีได้

………. 3.5 ทองแดงเป็นโลหะท่ีสามารถนาไฟฟา้ ได้และนิยมนามาทาสายไฟฟา้

Democritus

ดโิ มคริตสุ (Democritus) เสนอแนวคิดว่า ถา้ แบ่งสิ่งตา่ งๆให้มขี นาดเล็กลง

เรอ่ื ยๆ จะไดห้ น่วยยอ่ ยซงึ่ ไมส่ ามารถแบง่ ให้เล็กลงได้อกี และเรียกหนว่ ยย่อยนว้ี า่

“อะตอม (Atom)” 5

แบบจาลองอะตอม

มโนภาพท่นี กั วทิ ยาศาสตรส์ รา้ งขน้ึ เพอื่ อธิบายลักษณะ
ของอะตอม ที่ไดจ้ ากการแปลขอ้ มลู ท่ไี ด้จากการทดลอง และ
นามาสร้างเป็นมโนภาพหรอื แบบจาลองขึ้นมา แบบจาลอง
อะตอมน้นั ๆสามารถเปลี่ยนแปลงได้ แบบจาลองอะตอมมี
ววิ ฒั นาการดงั นี้

6

ววิ ัฒนาการของแบบจาลองอะตอม

1. แบบจาลองอะตอมของดอลตัน
2. แบบจาลองอะตอมของทอมสัน
3. แบบจาลองอะตอมของรทั เทอร์ฟอร์ด
4. แบบจาลองอะตอมของโบร์
5. แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

7

John Dalton

1803 Dalton’s Atomic Theory 8

ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน (Dalton)

1. ธาตุประกอบด้วยอนภุ าคเลก็ ๆ อนภุ าคน้ีเรยี กวา่ อะตอม ซ่งึ แบ่งแยก
และทาใหส้ ูญหายไมไ่ ด้

2. อะตอมของธาตุชนดิ เดยี วกนั มีสมบตั ิเหมอื นกนั เช่น มมี วลเท่ากนั แต่
จะมสี มบัติแตกตา่ งจากอะตอมของธาตุอนื่

3. สารประกอบเกดิ จากอะตอมของธาตุมากกว่าหน่ึงชนิดทาปฏกิ ิรยิ าเคมกี นั
ในอตั ราสว่ นทเี่ ปน็ ตวั เลขลงตัวนอ้ ยๆ

9

จอหน์ ดอลตัน ไดอ้ าศยั ข้อมลู จากแนวคดิ ดังกล่าว นาเสนอ
แบบจาลองอะตอมดังนี้

“อะตอมมลี กั ษณะเป็นทรงกลมตันขนาดเลก็ มากและไมส่ ามารถ
แบ่งแยกไดอ้ กี ”

รปู แบบจาลองอะตอมของดอลตัน 10

J.J. Thomson (1856-1940)

1897 Discovered the electron 11
(“plum pudding” model)

หลอดรงั สีแคโทด

นักวทิ ยาศาสตรไ์ ดศ้ กึ ษาการนาไฟฟ้าของแกส๊ โดยทดลองเกี่ยวกับผลของ
การใช้ความตา่ งศกั ยไ์ ฟฟ้าสงู ตอ่ การเคล่อื นท่ขี องประจไุ ฟฟ้าของอะตอมแก๊ส 12

โดยการผา่ นไฟฟา้ กระแสตรงเข้าไปในหลอดแกว้ บรรจแุ ก๊สความดันตา่ เม่อื เพิ่ม

ความตา่ งศกั ย์ระหว่างข้ัวไฟฟ้าให้สงู ข้นึ จะมกี ระแสไฟฟา้ ไหลผ่านตลอด และจะมรี งั สีออก

จากข้ัวแคโทดไปยงั ข้ัวแอโนด เรยี กรังสีชนดิ นวี้ า่ “รังสแี คโทด” และเรยี กหลอดแก้วชนดิ นี้

วา่ หลอดรังสีแคโทด 13

ก. แนวการเคล่ือนทข่ี องรังสี ข. แนวการเคลอ่ื นท่ีของรังสี
แคโทดผา่ นสนามไฟฟา้ แคโทดผา่ นสนามแม่เหล็ก

นักวิทยาศาสตร์ไดท้ าการทดลองศึกษาการเคลื่อนท่ขี องรงั สีแคโทดพบว่าแนวการเคลื่อนที่เบน

ไปจากเดิมโดยเบนเข้าหาขัว้ บวกของสนามไฟฟา้ จงึ สรุปไดว้ า่ รังสแี คโทดประกอบไปดว้ ย อนุภาคที่

มปี ระจุไฟฟ้าลบ 14

ค. แนวการเคล่ือนทขี่ องรงั สีแคโทดผ่านสนามแม่เหลก็ ไฟฟา้ และสนามไฟฟ้า

ทอมสนั ทาการทดลองโดยใหร้ งั สีแคโทดเคลื่อนทผี่ า่ นสนามไฟฟ้าท่ตี ้งั ฉากกบั
สนามแมเ่ หล็กและปรบั ขนาดของสนามไฟฟา้ ใหพ้ อเหมาะจนกระทั่งทิศทางการเคลื่อนที่
ของรังสแี คโทดไมเ่ บนไปจากแนวเดมิ

สภาวะนี้แรงทีเ่ กดิ ขน้ึ จากสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมขี นาดเท่ากนั 15
แต่มที ิศทางตรงกนั ขา้ มกัน

ทอมสนั ได้ทดลองศกึ ษาอัตราส่วนประจตุ อ่ มวลของรังสี
แคโทดซา้ หลายคร้งั โดยเปล่ียนชนิดของแก๊สและชนิดของโลหะ
ท่ีใชท้ าข้ัวแคโทดพบวา่ อัตราสว่ นของประจุต่อมวลของรงั สีแคโทด
มคี ่าเทา่ กันคือ 1.76x108 คูลอมบต์ อ่ กรมั

จึงสรปุ วา่ อนุภาครงั สีแคโทดท่ีออกมาจากโลหะต่างชนิดเปน็
อนภุ าคชนิดเดยี วกันซึ่งต่อมาได้เรียกอนุภาคชนดิ น้วี า่ อเิ ล็กตรอน

โจเซฟ จอห์น ทอมสนั

16

ทอมสันจึงทาการทดลองเกยี่ วกับการนาไฟฟา้ ของกา๊ ซในหลอดรังสี
แคโทด พบว่า ไม่ว่าจะใชก้ า๊ ซใดบรรจุในหลอดหรือใชโ้ ลหะใดเปน็ แคโทด จะ
ได้ผลการทดลองเหมอื นเดมิ จึงสรปุ ได้วา่ อะตอมทกุ ชนดิ มีอนภุ าคท่มี ปี ระจุ
ลบเป็นองคป์ ระกอบ เรยี กวา่ "อเิ ลก็ ตรอน"

17

จากการทดลองของทอมสนั สรปุ เป็นแบบจาลองอะตอมทอมสนั ดังน้ี
"อะตอมมลี กั ษณะเป็นทรงกลม ประกอบดว้ ยอนภุ าคอิเลก็ ตรอนซงึ่ มปี ระจลุ บ
และ โปรตอนซึ่งมีประจบุ วก กระจายอยูท่ ัว่ ในอะตอมอยา่ งสมา่ เสมอ อะตอมที่เป็น
กลางทาง ไฟฟา้ จะมจี านวนอิเลก็ ตรอนเทา่ กับโปรตอน"

18

ออยแกน โกลดส์ ไตน์ (Eugene Goldstein)

ในปี พ.ศ.2429 ออยเกน โกลด์ชไตน์ ไดศ้ กึ ษาหลอด
รังสีแคโทดและไดค้ ้นพบรังสีแอโนดหรอื รังสีคาแนล ซง่ึ มี
ประจบุ วกจากการค้นพบของออยเกน โกลด์ชไตน์ และ
การศึกษาเพมิ่ เติมของนกั วทิ ยาศาสตรอ์ กี หลายคนในยุค
ตอ่ มาทาใหไ้ ด้ขอ้ สรุปว่า ในอะตอมนอกจากจะมอี ิเล็กตรอน
แลว้ ยงั มีอนภุ าคที่เปน็ ประจบุ วก ด้วยทาให้อะตอมเปน็ กลาง
ทางไฟฟ้า ตอ่ มาเรียกอนุภาคประจบุ วกชนดิ นีว้ า่ โปรตอน

19

Ernest Rutherford (1871-1937)

1911 Discovered the nucleus 20
(gold foil experiment)

การทดลองของรทั เทอรฟ์ อรด์

ทดลองใช้อนุภาคแอลฟายงิ ไปยังแผ่นโลหะทองคาบางๆ และใชฉ้ ากเรืองแสงซ่งึ ฉาบ

ดว้ ยซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS) โค้งเปน็ วงกลมเป็นฉากรบั อนุภาคแอลฟาเพื่อตรวจสอบทิศทางการ

เคลอื่ นที่ของอนภุ าคแอลฟา เมอ่ื ยงิ อนุภาคแอลฟาซึ่งได้จากการสลายตัวของสารกมั มันตรงั สี

จากการทดลองพบว่า

21

22

รัทเทอร์ฟอรด์ จงึ ได้อธบิ ายผลการทดลองว่า

การท่รี ังสีแอลฟา ส่วนใหญท่ ะลุผ่านแผ่นทองคาไปได้
แสดงว่าภายในอะตอมตอ้ งมที ว่ี ่างอยู่เป็นบริเวณกวา้ ง

การที่รังสแี อลฟาบางอนุภาคเบยี่ งเบนหรือเกิดการ
สะท้อนกลบั มาบริเวณด้านหน้าของฉากเรอื งแสงแสดงว่า
ภายในอะตอมน่าจะมีกลุ่มอนภุ าคท่มี ีขนาดเล็กมากมมี วลสูง
มากกว่ารังสแี อลฟาและมปี ระจุบวก

23

รทั เทอรฟ์ อร์ดจึงได้เสนอแบบจาลองอะตอมขนึ้ มาใหม่ ดังนี้
“อะตอมประกอบดว้ ยโปรตอนรวมกนั เปน็ นิวเคลียสอยู่ตรงกลาง นวิ เคลียสมีขนาดเลก็
มากแต่มมี วลมากและมีประจุบวก ส่วนอเิ ล็กตรอนซง่ึ มปี ระจุลบ และมีมวลนอ้ ยมากว่ิง
อยู่รอบๆ นิวเคลยี สเป็นบรเิ วณกว้าง”

รูปแบบจาลองอะตอมของรทั เทอร์ฟอรด์ 24

James Chadwick 1932
นกั เคมชี าวองั กฤษได้ ค้นพบ อนภุ าคทเี่ ป็นกลางทาง

ไฟฟา้ เรยี กวา่ นวิ ตรอน ซึ่งมมี วลใกลเ้ คยี งกบั โปรตอน

ทาใหท้ ราบวา่ ภายในอะตอมประกอบด้วยอนภุ าค 3
ชนดิ คอื โปรตอน อเิ ล็กตรอนและนิวตรอน โดยเรียก
อนุภาคทั้ง 3 ชนิด วา่ เปน็ อนุภาคมลู ฐานของอะตอม

25

อนุภาคมูลฐานในอะตอม

อนภุ าค ประจไุ ฟฟ้า (คูลอมบ์) ชนิดประจุไฟฟา้ มวล (กรัม)

อิเล็กตรอน 1.602x10-19 -1 9.109x10-28
โปรตอน 1.602x10-19 +1 1.673x10-24
นิวตรอน 0 1.675x10-24
0

? นกั เรยี นคดิ วา่ อนภุ าคใดบา้ งที่มีผลตอ่ มวลอะตอม
โปรตอนและนวิ ตรอน

26

จานวนอนภุ าคมลู ฐานของธาตุบางชนิด

ชอื่ ธาตุ สญั ลักษณ์ นวิ ตรอน จานวนอนภุ าค อิเล็กตรอน 27

Hydrogen H - โปรตอน 1
Helium He 2 2
Lithium Li 4 1 3
Berylium Be 5 2 4
Boron B 6 3 5
Carbon C 6 4 6
Nitrogen N 7 5 7
Oxygen O 8 6 8
Fluorine F 10 7 9
8
9

เลขอะตอม เลขมวล และไอโซโทป

• เลขอะตอม (Atomic number : Z) เปน็ ค่าเฉพาะของธาตแุ ตล่ ะชนดิ
แสดงจานวนโปรตอนในนิวเคลยี ส 1 อะตอมของธาตุนัน้ ซ่ึงอะตอมของ
ธาตชุ นิดเดียวกนั ตอ้ งมีจานวนโปรตอนเท่ากนั เสมอ
• เลขอะตอม (Z) = จานวนโปรตอน (p)

28

เลขมวล (Mass number, A)
เป็นตัวเลขแสดงผลรวมของจานวนโปรตอนกับนิวตรอนของธาตุ

ถา้ ทราบเลขอะตอมจะสามารถหาจานวนนวิ ตรอนของอะตอมได้โดยนาเลข
อะตอมไปลบเลขมวล

เลขมวล(A) = จานวนโปรตอน (p) + จานวนนวิ ตรอน (n)

29

ถา้ ทราบเลขอะตอมสามารถหานวิ ตรอนได้ ดังนี้

จานวนนวิ ตรอน (n) = เลขมวล (A) - จานวนโปรตอน(p)
หรอื = เลขมวล (A) - เลขอะตอม (Z)

30

สญั ลกั ษณน์ วิ เคลยี ร์

สญั ลกั ษณน์ วิ เคลยี ร์ (Nuclear Symbol,X)
คอื สญั ลกั ษณ์ของธาตทุ แ่ี สดงอนภุ าคมูลฐานของอะตอม ซึ่งจะเขยี นเลข
อะตอมแทน จานวนโปรตอนและอิเลก็ ตรอน ไวท้ ี่มมุ ซา้ ยลา่ งของสญั ลกั ษณ์
และเขียนเลขมวลไวท้ ี่มุมซ้ายบนของสัญลกั ษณ์ ดังนี้

31

32

ตวั อย่างสัญลักษณ์นวิ เคลียรข์ องธาตุ

สญั ลักษณ์นวิ เคลยี ร์ธาตุออกซิเจน (O)
เลขมวล=16 เลขอะตอม= 8

สัญลักษณน์ ิวเคลยี ร์ธาตุนอี อน (Ne)
เลขมวล=20 เลขอะตอม=10

33

? สญั ลักษณ์นิวเคลยี ร์ของไอโซโทปตา่ งๆ ของธาตุ A ซง่ึ มี
8 อิเล็กตรอน และมนี ิวตรอนเป็น 8, 9 และ 10 เปน็ อย่างไร

สัญลกั ษณน์ ิวเคลยี รข์ องไอโซโทปต่างๆ ของธาตุ A เปน็ ดงั นี้

16 A 17 A และ 18 A
8 8 8

34

การคานวณอนภุ าคมูลฐานของอะตอมจากสัญลักษณน์ วิ เคลยี ร์

อะตอมของธาตุเปน็ กลางทางไฟฟ้า คือ อะตอมของธาตจุ ะมี
จานวนโปรตอนเท่ากับจานวนอเิ ลก็ ตรอน เช่น

35

สญั ลักษณ์ ธาตุ จานวนอนภุ าคมลู ฐานของอะตอม
นิวเคลยี ร์ เลขมวล เลขอะตอม

121 Hg โปรตอน อเิ ลก็ ตรอน นวิ ตรอน
80
36
40 Ca2+
20

186O2-

สัญลักษณน์ วิ เคลยี ร์

37

ไอโซโทป (Isotope)

หมายถงึ อะตอมของธาตชุ นิดเดียวกนั มีเลขอะตอมเทา่ กนั แต่มีเลขมวลตา่ งกนั
หรือมจี านวนโปรตอนและจานวนอิเลก็ ตรอนเทา่ กนั แตม่ จี านวนนวิ ตรอนไมเ่ ทา่ กนั

38

ไอโซโทน(Isotone)

หมายถงึ อะตอมของธาตตุ ่างชนิดกันมเี ลขอะตอมและเลขมวลตา่ งกัน
แต่มจี านวนนวิ ตรอนเท่ากัน

ตัวอยา่ งไอโซโทน เชน่

39

ไอโซบาร์(Isobar)

หมายถึง อะตอมของธาตุตา่ งชนิดกัน แต่มีเลขมวลเทา่ กัน
ตัวอย่างไอโซบารเ์ ช่น

40

แบบฝกึ หัด

จงเลือกธาตุที่เปน็ ไอโซโทป ไอโซบาร์ และไอโซโทน จากธาตุทก่ี าหนดให้
ตอ่ ไปนี้

1399K , 168O , 1200Ne , 178O , 136C , 146C , 147N , 157N , 4200Ca , 199F

ไอโซโทป....................................................................................................
ไอโซบาร์ ...................................................................................................
ไอโซโทน....................................................................................................

41

Niels Bohr (1885-1962)

1913 proposed Planetary model

42

แสงท่ีมองเหน็ ได้ (visible light) คอื แสงท่ีประสาทตาของ
มนุษย์สามารถรบั รไู้ ด้

แสงขาว (white light) คือ ชว่ งคล่นื แสงทีท่ าให้ตามนษุ ย์
สามารถมองเหน็ วตั ถุเปน็ สตี ่างๆ

สเปกตรัม (Spectrum) หมายถงึ แถบสี แถบแสงสี หรอื
เสน้ สขี องพลังงานในรปู คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้

43

สเปกตรมั มี 2 ชนดิ คอื
1. สเปกตรมั ตอ่ เน่ือง (Continuous spectrum)

เปน็ สเปกตรัมที่ประกอบด้วยแถบของสที ี่ตอ่ เนือ่ งกนั ไปจากสหี น่งึ
ไปยงั อกี สีหน่งึ โดยจะมองไม่เหน็ ช่องว่างระหว่างสีเลย เช่น สเปกตรมั
ของแสงขาว

44

2. สเปกตรมั ไม่ต่อเนื่อง (Discontinuous spectrum)

เป็นสเปกตรัมทม่ี ีลักษณะเปน็ เสน้ สสี ว่างบนพนื้ ดามืด บางทเี รียกวา่
เสน้ สเปกตรัม โดยจะมองเหน็ เป็นเสน้ สเี รียงจากเส้นสหี นงึ่ ไปยงั อกี เสน้ สี
หนึ่ง โดยแต่ละเส้นสีจะมีชอ่ งว่างระหว่างเส้นสีแยกกนั ชัดเจน

45

ตารางแสดงชว่ งความยาวคลื่นและพลังงานแถบสีตา่ งๆใน
สเปกตรัมของแสงขาว

46

การเกดิ สเปคตรมั

En คายพลังงานออกมาในรูปของแสงสี 47

E0

En สถานะกระตนุ้ (Excited State) สภาพของอะตอมทมี่ ี
อเิ ลก็ ตรอนอยู่ในระดับพลงั งานสูงกว่าสถานะพ้ืน

E0 สถานะพน้ื (Ground State) สถานะปกติของอะตอมซ่ึงจะมี
พลงั งานระดับต่า สุดค่าหนงึ่

เสน้ สเปกตรมั ของไฮโดรเจน

เมอื่ ใช้สเปกโตรสโคปสอ่ งดูแสงที่เกิดจากหลอดไฟฟา้ ซงึ่ บรรจุกา๊ ซไฮโดรเจน จะมองเห็น
เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนในช่วงแสงขาว 4 เสน้ ซงึ่ มีสีและความยาวคลืน่ ต่างกนั เพราะ 48

เมื่ออเิ ล็กตรอนได้รบั พลังงานเพม่ิ ข้นึ จนขึน้ ไปอยใู่ น
ระดบั E2 , E3 , E4 , และ E5 ซ่งึ อย่ใู นภาวะท่ถี กู กระตุ้นทาใหไ้ ม่เสถยี ร
อิเลก็ ตรอนจะปรบั ตวั ใหก้ ลบั สภู่ าวะท่ีเสถียรตามเดิม โดยเปลี่ยนจาก
ระดบั พลงั งานสูงมาสู่ระดบั พลังงานต่า ( E1) ซง่ึ จะคายพลงั งานออกมา
จานวนหนึง่ เราอาจจะเหน็ ในรูปของพลังงานแสงสีตา่ งๆ

49

จากการศกึ ษาเสน้ สเปกตรัมของอะตอมของไฮโดรเจนทาให้
นักวิทยาศาสตร์สรปุ ไดว้ ่า

1. เมอื่ อิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปรมิ าณที่เหมาะสมอิเลก็ ตรอนจะข้นึ ไป
อยูใ่ นระดับพลังงานทสี่ งู กวา่ ระดับพลังงานเดมิ จึงทาใหอ้ ะตอมไม่เสถียรซง่ึ
อเิ ล็กตรอนจะมีการคายพลังงานของตนเองให้กลับมาอยใู่ นระดับพลังงาน
ทีต่ า่ กว่า ซึ่งการเปลย่ี นตาแหนง่ ของแตล่ ะระดับพลงั งานอิเล็กตรอนจะมี
การคายพลงั งานออกมาในรปู ของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า

50