เอกสารประกอบการสอนแบบจำลองอะตอม

หน่วยที่ อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 1
2

แบบจาลองอะตอม

จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้

- สืบค้นข้อมูลพร้อมทั้งอธิบายความหมายของแบบจาลองอะตอม พร้อมทั้งบอกสาเหตุท่ีทาให้
แบบจาลองอะตอมเปลย่ี นไป

- บอกความแตกต่างของแบบจาลองอะตอมของดอลตัน ทอมสัน รัทเทอร์ฟอร์ด โบร์ และ
แบบจาลองอะตอมแบบกลุม่ หมอกได้

ตรวจสอบความรูเ้ ดิม

แบบจาลองอะตอมของนักวิทยาศาสตร์ในยุคเปน็ ดังรูป จงนาคาทีก่ าหนดใหเ้ ติมลงในช่องว่างใหถ้ ูกตอ้ ง

นวิ ตรอน อิเลก็ ตรอน นวิ เคลยี ส บวก ลบ

มปี ระจไุ ฟฟ้า ประกอบดว้ ย
เอกสารประกอบการเรยี น รายวชิ าเคมี
โปรตอน

มปี ระจไุ ฟฟา้

เป็นกลางทางไฟฟา้

‘

หน่วยท่ี อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 2
2

กจิ กรรมระดมความคิดที่ 1

คาช้ีแจง : ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันค้นคว้าหาความรู้เกี่ยวกับแบบจาลองอะตอมท่ีได้รับมอบหมายโดยใช้
สง่ิ ของท่ีอยู่ใกลต้ ัวนกั เรยี นนามาสร้างเป็นแบบจาลองอะตอมท่ีได้รับมอบหมายพร้อมท้ังอธิบายลักษณะของแบบ
อะตอมน้นั

จุดประสงค์การเรยี นรู้

เอกสารประกอบการเรยี น รายวิชาเคมี

หน่วยที่ อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 3
2

.

แบบจาลองอะตอม

แนวคิดท่ีว่าสิ่งต่างๆประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากและมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าได้เร่ิมขึ้นใน
สมยั กรีกโบราณโดย ดโิ มเครตุส (Dimocritus) ซึ่งเป็นนกั ปราชญ์ชาวกรีกผู้หน่ึงท่ีนาเสนอแนวคิดว่าถ้าแบ่งสิ่ง
ต่างๆให้มีขนาดเล็กลงเร่ือยเร่ือยจะได้หน่วยย่อยท่ีไม่สามารถแบ่งให้เล็กลงไปได้อีกและเรียกหน่วยย่อยนิว่า
อะตอมซ่ึงมาจากภาษากรีกว่า atomos แปลว่า”แบ่งแยกไม่ได้อีก”นักวิทยาศาสตร์มีวิธีการศึกษาเก่ียวกับ
โครงสร้างอะตอมซงึ่ ไม่สามารถมองเหน็ ไดอ้ ยา่ งไรจะไดศ้ กึ ษาต่อไป

แบบจาลองอะตอมของดอลตัน

แบบจาลองอะตอมของดอลตัน ในปี พ.ศ.2346 จอห์น ดอลตัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอ
ทฤษฎอี ะตอมเพือ่ ใชอ้ ธบิ าย เก่ียวกับการเปล่ียนแปลงมวลของสารก่อนและหลังทาปฏิกิริยา รวมท้ังอัตราส่วน
โดยมวลของธาตุท่รี วมกนั เป็นสารประกอบหนงึ่ ๆ ซงึ่ มีสาระสาคัญดงั น้ี

1. ธาตปุ ระกอบดว้ ยอนภุ าคเลก็ ๆ หลายอนุภาคอนุภาคเหล่าน้ีเรียกวา่ อะตอม ซึ่งแบ่งแยกและทาให้
สญู หายไมไ่ ด้

2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่น มีมวลเท่ากัน แต่จะมีสมบัติแตกต่างจาก
อะตอมของธาตอุ นื่

3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนง่ึ ชนดิ ทาปฏิกริ ยิ าเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลง
ตวั นอ้ ยๆ

ทฤษฎีอะตอมของดอลตันช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นสามารถอธิบายลักษณะและสมบัติของ
อะตอมได้เพียงระดับหน่ึง ต่อมาได้มีการศึกษาเกี่ยวกับอะตอมเพ่ิมขึ้นและค้นพบข้อมูลบางประการท่ีไม่
สอดคล้องกับแนวคิดของดอลตัน เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้ อะตอม
สามารถแบ่งแยกไดน้ กั วิทยาศาสตร์รุน่ ต่อมาจึงได้ศึกษาเพิ่มเติมแล้วสร้างแบบจาลองอะตอมข้ึนใหม่ นักเรียน
จะไดศ้ ึกษาต่อไปว่านกั วิทยาศาสตร์พัฒนาแบบจาลองอะตอมโดยมีผลการทดลองหรือข้อมูลใดช่วยสนับสนุน
แนวคิดเหลา่ น้ัน จากทฤษฎีอะตอมของดาลตัน แบบจาลองอะตอมมลี ักษณะดงั รูป

รปู ท่ี 1.1 แบบจาลองอะตอมของดอลตนั

เอกสารประกอบการเรียน รายวชิ าเคมี

หน่วยท่ี อะตอมและสมบตั ขิ องธาตุ 4
2

แบบจาลองอะตอมของทอมสนั

ในปี พ.ศ. 2540 เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ทาการทดลองบรรจุแก๊ส
ชนิดหน่งึ ไว้ในหลอดแกว้ ที่ตอ่ ไวก้ ับเครื่องสูบอากาศเพื่อลดความดันภายในหลอด ทีแ่ อโนดเจาะรูตรงกลางและ
ตอ่ ไวก้ บั เครื่องกาเนิดไฟฟา้ กระแสตรงศักย์สูง ท่ีปลายหลอดมีฉากเรืองแสงวางขวางอยู่ ดังรูป 1.2 พบว่าเมื่อ
ลดความดันในหลอดแก้วให้ตา่ ลงมากๆ จนเกอื บเป็นสุญญากาศ จะมีจุดสว่างเกิดขึ้นตรงบริเวณศูนย์กลางของ
ฉากเรืองแสง

รูป 1.2 หลอดรงั สีแคโทดทด่ี ัดแปลงแล้ว รูป 1.3 หลอดรงั สแี คโทดที่มขี ้ัวไฟฟา้ ใน

หลอดเพิ่มข้ึนอีกสองข้วั

ทอมสันทาการทดลองต่อโดยเพิ่มข้ัวไฟฟ้าอีก 2 ขั้วในแนวด่ิง ดังรูป 1.3 ปรากฏว่าตาแหน่ง ของจุด
สว่างบนฉากเรืองแสงเบนเข้าหาข้ัวบวกของสนามไฟฟ้า จึงสรุปว่ารังสีจากแคโทดประกอบด้วย อนุภาคที่มี
ประจุไฟฟ้าลบ เมอ่ื ทอมสันทดลองเปลยี่ นชนิดของแก๊สที่บรรจุในหลอดและโลหะท่ีใช้เป็นแคโทด พบว่ารังสีท่ี
เกิดขึ้นยังคงประกอบด้วยอนุภาคที่มปี ระจุลบพุ่งมากท่ีฉากเรืองแสงเหมือนเดิม เม่ือคานวณหาอัตราส่วนของ
ประจุตอ่ มวล (e/m) ของอนภุ าคพบวา่ ได้ค่าเท่ากับ 1.76x108 คูลอมบ์ต่อกรัมทุกคร้ัง จากผลการทดลองและ
การคานวณชว่ ยให้ทอมสันสรุปได้ว่าอะตอมทกุ ชนดิ มีอนภุ าคทมี่ ปี ระจุลบเปน็ องค์ประกอบ และเรียกอนุภาคน้ี
ว่า อิเล็กตรอน จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์พบว่าอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าและมีอิเล็กตรอนซึ่งเป็น
อนภุ าคทม่ี ีประจุลบเป็นองค์ประกอบ จงึ เชอ่ื วา่ อะตอมตอ้ งประกอบดว้ ยอนุภาคท่มี ปี ระจุบวกด้วย

เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาเคมี

หน่วยที่ อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 5
2

ออยเกน โกลด์ชไตน์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ดัดแปลงหลอดรังสีแคโทดโดยเจาะรูตรงกลาง
ขั้วแอโนด และแคโทด และเล่ือนข้ัวทั้งสองมาไว้เกือบตรงกลางหลอดรวมท้ังเพื่อฉากเรืองแสงท่ีปลายทั้งสอง
ด้านของ หลอดดังรูป 1.4

รปู 1.4 หลอดรงั สีแคโทดทด่ี ดั แปลงแล้ว

เม่ือผา่ นกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอด ปรากฏว่ามีจุดสว่างเกิดข้ึนบนฉากเรืองแสงทั้งสองด้านดังรูปที่
1.5 อธิบายไดว้ า่ รงั สที ี่ไปกระทบกบั ฉากเรอื งแสงบรเิ วณด้านหลังแคโทดต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก เมื่อทา
การทดลองกับแก๊สอีกหลายชนิด พบว่าอนุภาคที่มีประจุบวกเหล่าน้ีมีอัตราส่วนของประจุต่อมวลไม่คงท่ี
นอกจากนี้ยงั พบวา่ ถ้าบรรจุแกส๊ ไฮโดรเจนไว้ในหลอดรงั สแี คโทด จะได้อนุภาคบวกท่ีมีประจุเท่ากับประจุ ของ
อิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตรเ์ รยี กอนภุ าคบวกที่เกดิ จากแกส๊ ไฮโดรเจนน้ีว่า โปรตอน

รปู 1.5 จดุ สวา่ งเกิดขนึ้ บนฉากเรอื งแสงทั้งสองดา้ นของหลอดรงั สแี คโทดที่ดัดแปลงแล้ว
เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาเคมี

หน่วยที่ อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 6
2

จากผลการทดลองดงั กลา่ วทาให้ทอมสันสรปุ วา่ อะตอมเปน็ รูปทรงกลมประกอบดว้ ยเน้ืออะตอม ซึ่งมี
ประจบุ วกและมีอเิ ล็กตรอนซ่งึ มีประจลุ บกระจายอยู่ทั่วไป อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมี จานวน
ประจบุ วกเทา่ กับจานวนประจุลบ

รปู 1.6 แบบจาลองอะตอมของทอมสนั

แบบจาลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อรด์

ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ และฮันส์ ไกเกอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาว
เยอรมันได้ศึกษาและพิสูจน์แบบจาลองอะตอมของทอมสันเม่ือปี พ.ศ.2454 โดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปยัง
แผน่ ทองคาบาง ๆ และใช้ฉากเรืองแสงที่เคลือบด้วยซิงค์ซัลไฟด์โค้งเป็นวงล้อมรอบแผ่นทองคาเพื่อตรวจจับ
อนุภาคแอลฟา จากผลการทดลองพบว่าส่วนใหญ่จะเกิดการเรืองแสงบนฉากท่ีอยู่บริเวณด้านหลังของแผ่น
ทองคา มีบางครง้ั เกิดการเรืองแสงบรเิ วณดา้ นหลัง และมีการเรืองแสงบริเวณด้านหน้าของแผ่นทองคาด้วยแต่
น้อยครง้ั มาก ดงั รูป 1.7

รูป 1.7 ผลการทดลองของรทั เทอรฟ์ อรด์
เอกสารประกอบการเรียน รายวชิ าเคมี

หนว่ ยที่ อะตอมและสมบัติของธาตุ 7
2

จากผลการทดลอง ถ้าอธิบายตามแบบจาลองอะตอมของทอมสัน อนุภาคแอลฟาซึ่งมีประจุบวก
น่าจะผลักกับโปรตอนทาให้เกิดการเบี่ยงเบนไปจากแนวเส้นตรงได้บ้าง แต่ไม่น่าจะมีอนุภาคสะท้อนกลับมา
กระทบฉากบรเิ วณดา้ นหน้าได้ ดังน้นั รัทเทอร์ฟอร์ดจึงอธิบายลักษณะภายในอะตอมว่า การที่อนุภาคแอลฟา
ว่ิงผ่านแผ่นทองคาไปได้เป็นส่วนใหญ่ แสดงว่าภายในอะตอมต้องมีท่ีว่างอยู่เป็นบริเวณกว้าง การที่อนุภาค
แอลฟาบางอนุภาคเบี่ยงเบนหรือสะท้อนกลับมาบริเวณด้านหน้าของฉากเรืองแสง แสดงว่าบริเวณตรงกลาง
ของอะตอมน่าจะมีอนุภาคที่มีประจุบวกและมีมวลสูงมากกว่าอนุภาคแอลฟา รัทเทอร์ฟอร์ดได้ เสนอ
แบบจาลองอะตอมใหม่วา่ อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กมากอยู่ตรงกลางและมีประจุไฟฟ้าเป็น
บวกโดยมอี เิ ลก็ ตรอนวงิ่ อยู่รอบๆ ดงั รูป 1.8

รปู 1.8 แบบจาลองของรทั เทอร์ฟอรด์

แบบจาลองอะตอมของโบร์

เนื่องจากแบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้อธิบายว่าอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอยู่ใน
ลักษณะใดนักวิทยาศาสตร์จึงหาวิธีทดลองเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับตาแหน่งของอิเล็กตรอนโดยการศึกษา
สเปกตรมั ของสารประกอบและธาตุ

จากความรู้เร่ืองการเปล่ียนแปลงระดบั พลังงานของอเิ ลก็ ตรอนและการเกิดสเปกตรัม ช่วยใหน้ ีลส์ โบร์
นักวิทยาศาสตรช์ าวเดนมาร์ก สร้างแบบจาลองอะตอมเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนใน อะตอมได้
โดยกล่าวว่า อิเล็กตรอนจะเคลอ่ื นที่รอบนวิ เคลยี สเปน็ วงคล้ายกบั วงโคจรของดาวเคราะห์ รอบดวงอาทิตย์ แต่
ละวงจะมีระดบั พลงั งานเฉพาะตวั ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียส ท่ีสุดซ่ึงมีพลังงานต่าท่ีสุด
เรยี กว่าระดบั K และระดับพลังงานท่อี ยถู่ ดั ออกมาเรียกเป็น L M N... ตามลาดับ(ดังรูป 1.9) ต่อมาได้มีการใช้
ตัวเลขแสดงถึงระดับพลังงานของอิเล็กตรอน คือ n=1 หมายถึง ระดับพลังงานที่ 1 ซ่ึงอยู่ใกล้กับนิวเคลียส
ที่สดุ และชน้ั ถัดออกมาเป็น n=2 หมายถึงระดับพลังงาน ที่ 2 ต่อจากน้ัน n=3 4 ... หมายถึงระดับพลังงานที่
3 4 และสูงขึ้นไปตามลาดบั

รูปที่ 1.9 แบบจาลองอะตอมของดอลตัน

เอกสารประกอบการเรยี น รายวิชาเคมี

หนว่ ยท่ี อะตอมและสมบัติของธาตุ 8
2

แบบจาลองอะตอมแบบกลมุ่ หมอก

เน่ืองจากแบบจาลองอะตอมของโบร์มีข้อจากัดท่ีไม่สามารถใช้อธิบายสเปกตรัมของอะตอมท่ีมีหลาย
อเิ ลก็ ตรอนได้ นักวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาเพิ่มเติมจนได้ข้อมูลเพียงพอที่จะเชื่อว่าอิเล็กตรอนมีสมบัติ เป็นทั้ง
อนุภาคและคลน่ื โดยเคลอื่ นที่รอบนิวเคลียสในลกั ษณะของคลนื่ น่งิ บรเิ วณทีพ่ บอิเล็กตรอนพบไดห้ ลายลักษณะ
เปน็ รปู ทรงต่าง ๆ ตามระดบั พลงั งานของอิเลก็ ตรอน จากการใชค้ วามรทู้ างกลศาสตร์ ควอนตมั สร้างสมการขึ้น
เพ่ือคานวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆ พบว่าแบบจาลองน้ีสามารถอธิบายเส้น
สเปกตรัมของธาตุไดถ้ ูกตอ้ งกวา่ แบบจาลองอะตอมของโบร์

อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากและเคล่ือนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอม จึงไม่สามารถบอก
ตาแหน่งท่ีแน่นอนของอิเล็กตรอนได้ อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์พบว่ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบ
นิวเคลยี สบางบริเวณเท่านนั้ ทาใหส้ รา้ งมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกทึบแสดงว่ามีโอกาสที่จะ
พบอเิ ลก็ ตรอนไดม้ ากกว่าบริเวณทีม่ ีกลุ่มหมอกจาง ดังรูป 1.10

รูป 1.10 แบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก

โครงสร้างอะตอมตามแบบจาลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกสามารถใช้อธิบายสมบัติต่างๆ ของ อะตอม
ได้อย่างกว้างขวาง แต่ทั้งนี้ไม่ใช่ข้อยุติในการศึกษาทดลองเก่ียวกับอะตอม เพราะเป็นที่ยอมรับกัน แล้วว่า
ความรูท้ างวิทยาศาสตร์มกี ารพัฒนาอย่างตอ่ เน่อื งตลอดไป ดงั นนั้ ในอนาคตจึงอาจมีแบบจาลอง อะตอมใหม่ท่ี
ใชอ้ ธบิ ายโครงสร้างอะตอมได้เหมาะสมและดีกวา่ ท่ีเปน็ อยใู่ นปจั จุบนั

เอกสารประกอบการเรียน รายวชิ าเคมี

หน่วยท่ี อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ 9
2

ใบงานท่ี 2.1 แบบจาลองอะตอม

คำชีแ้ จง : ให้นกั เรียนวาดภาพแบบจาลองอะตอมแบบตา่ งๆ พร้อมท้งั เขียนคาอธิบายลักษณะ แต่
ละแบบจาลองของอะตอมใหเ้ ข้าใจพอสงั เขป

เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาเคมี

หน่วยท่ี อะตอมและสมบตั ิของธาตุ 10
2

เอกสารประกอบการเรยี น รายวชิ าเคมี

หนว่ ยที่ อะตอมและสมบัติของธาตุ 11
2

แบบฝึกหัดท่ี 2.1

1) ดิโมครติ สุ ได้ให้ความหมายของอะตอมว่าอย่างไร (1 คะแนน)

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2) อะตอมมาจากภาษากรกี ว่า atomos แปลว่า (1 คะแนน)

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3) หลกั ฐานจากการทดลองทส่ี นับสนนุ ว่าอะตอมไม่ใช่อนภุ าคทีเ่ ลก็ ทส่ี ุดของสสารคอื (1 คะแนน)

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

4) การทดลองเก่ียวกบั อะตอมทาให้มกี ารค้นพบใหมท่ ไ่ี ม่สอดคล้องกบั แนวคิดของดอลตนั คือ (1
คะแนน)

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

5) แบบจาลองอะตอมของดอลตนั มลี ักษณะใด (1 คะแนน)

เอกสารประกอบการเรยี น รายวชิ าเคมี