แบบจำลองอะตอม

Chemistry นายชาญชล สารมะโน รหัสนักศึกษา 6340142106 ค.6310

ประวัติวั ติของอะตอม การศึกษาเกี่ยวกับองค์ประกอบพื้นพื้ฐานของสสารนั่นนั่มีมมีา ตั้งตั้แต่สมัยมั โบราณโดยเริ่มริ่ต้นจากยุคของอินเดียดี โบราณ ที่ได้ อธิบธิายไว้ว่ว้าว่สสารทุกทุประเภทจะประกอบไปด้วด้ยองค์ประกอบพื้นพื้ ฐานต่าง ๆ เช่นช่แสง เวลา พื้นพื้ที่ น้ำ และดินดิฯลฯ ต่อมาเมื่อมื่ประมาณ 470 ปีก่ปี ก่อนคริสริต์ศักราชดิโดิมคริตุริสตุและ ลูซิลูพซิ ปุส ได้นำด้นำเสนอแนว ความคิดเกี่ยวกับอะตอมเป็น ป็ ครั้งรั้แรกโดยอธิบธิายทฤษฎีเกี่ยวกับ อะตอมว่าว่อะตอมแต่ละอะตอมจะมีรูมีปรูร่าร่งที่แตกต่างกันออกไป โดยที่รูปรูร่าร่งจะเป็น ป็ ต้นกำ เนิดนิคุณคุสมบัติบั ติของ อะตอมและ แต่ละอะตอมจะมีคุมีณคุสมบัติบั ติเฉพาะตัว อีกทั้งทั้อะตอมนั้นนั้ จะมีขมีนาดเล็กและไม่สม่ามารถที่จะ ทำ ให้มีห้ขมีนาดเล็กลงต่อไปได้อีด้ อีก โครงสร้า ร้ งของอะตอม

เนื่อนื่งจากอะตอมมีขมีนาดที่เล็กมากจนไม่สม่ามารถมองเห็น ห็ ด้วด้ยตาเปล่า ต้องอาศัยเครื่อรื่งมือมืช่วช่ย ในการสังสัเกตซึ่งซึ่เรียรีกว่าว่ เครื่อรื่ง Atomic force microscope (AFM) เป็น ป็ เครื่อรื่งมือมืทาง วิทวิยาศาสตร์ที่ร์ ที่ พัฒพันาขึ้นขึ้มา เพื่อพื่ ใช้งช้านระดับดันาโนสำ หรับรัการสร้าร้งภาพ ลักษณะพื้นพื้ผิวผิทางโครงสร้าร้งระดับดัอะตอม โดยมีหมีลักการคือให้แห้สง เลเซอร์ผ่ร์าผ่นไปยังยัส่วส่นปลายแหลมขนาดระดับดัอะตอมที่อยู่บยู่ริเริวณ ใต้คาบเมื่อมื่คาบลากส่วส่นปลายแหลมผ่าผ่นไปทั่วทั่บริเริวณพื้นพื้ผิวผิที่เป็น ป็ โครงสร้าร้งระดับดัอะตอมของสสารหรือรืวัตวัถุใถุด ๆ เครื่อรื่งจะทำ การตรวจ วัดวัระดับดัความสูงสูต่ำ ของพื้นพื้ผิวผินั้นนั้ โดยการควบคุมคุให้แห้รงคงที่และ ปรับรัระดับดัความสูงสูต่ำ ของคาบตามลักษณะของอะตอมบนพื้นพื้ผิวผิใน ลักษณะเดียดีวกับลำ แสงเลเซอร์ก็ร์ ก็ จะเปลี่ยน ตำ แหน่งน่ ไปด้วด้ยจากนั้นนั้ จะถูกถูมาแปลสัญสัญาณข้อข้มูลเพื่อพื่สร้าร้งตามพื้นพื้ผิวผิโครงสร้าร้ง ระดับดัอะตอมบนจอ แบบจำ ลองอะตอม

แบบจำ ลองอะตอมของดอลตัน ในปี พ.ศ. 2346 (ค.ศ. 1803) จอห์นห์ดอลตัน (John Dalton) นักนัวิทวิยาศาสตร์ชร์าวอังกฤษได้เด้สนอ ทฤษฎีอะตอมเพื่อพื่ ใช้อช้ธิบธิายเกี่ยวกับ การเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลัง ทำ ปฏิกิริยริา รวมทั้งทั้อัตราส่วส่นโดยมวล ของธาตุที่ตุที่ รวมกันเป็น ป็ สารประกอบ ซึ่งซึ่ สรุปรุได้ดัด้งดันี้ 1. ธาตุปตุระกอบด้วด้ยอนุภนุาคเล็ก ๆ หลายอนุภนุาค อนุภนุาคเหล่านี้เ นี้ รียรีกว่าว่ “อะตอม” ซึ่งซึ่แบ่งบ่แยกไม่ ได้ และทำ ให้สูห้ญสูหายไม่ไม่ด้ 2. อะตอมของธาตุชตุนิดนิเดียดีวกันมีสมีมบัติบั ติเหมือมืน กัน เช่นช่มีมมีวลเท่ากัน แต่จะมีสมีมบัติบั ติต่างจาก อะตอมของธาตุอื่ตุอื่น 3. สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมตุากกว่าว่ หนึ่งนึ่ชนิดนิทำ ปฏิกิริยริาเคมีกัมี กันในอัตราส่วส่นที่เป็น ป็ เลขลงตัวน้อน้ย ๆ ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อช้ธิบธิายลักษณะและ สมบัติบั ติของอะตอมได้เด้พียพีงระดับดัหนึ่งนึ่แต่ต่อมา นักนัวิทวิยาศาสตร์ค้ร์ ค้นพบข้อข้มูลบางประการที่ไม่ สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน เช่นช่ พบว่าว่อะตอมของธาตุชตุนิดนิเดียดีวกันอาจมีมมีวล แตกต่างกันได้ อะตอมสามารถแบ่งบ่แยกได้

แบบจำ ลองอะตอมของทอมสันสั เซอร์โร์จเซฟ จอห์นห์ทอมสันสันักนัวิทวิยาศาสตร์ชร์าว อังกฤษ ได้ทำด้ ทำการศึกษาและทดลองเกี่ยวกับ การนำ ไฟฟ้าฟ้ของก๊าซโดยใช้หช้ลอดรังรัสีแสีคโทด หลอดรังรัสีแสีคโทด เป็น ป็ เครื่อรื่งที่ใช่ทช่ดลองเกี่ยวกับการนำ ไฟฟ้าฟ้โดยหลอดรังรัสีแสีคโทดจะมี ความดันดัต่ำ มาก และความต่างศักย์สูย์งสูมาก วิลวิเลียม ครูกรูส์ ได้สด้ร้าร้ง หลอดรังรัสีแสีคโทดขึ้นขึ้มาโดยใช้แช้ผ่นผ่ โลหะ 2 แผ่นผ่เป็น ป็ ขั้วขั้ไฟฟ้าฟ้ โดยต่อ ขั้วขั้ไฟฟ้าฟ้ลบกับขั้วขั้ลบของเครื่อรื่งกำ เนิดนิ ไฟฟ้าฟ้เรียรีกว่าว่แคโทด และต่อ ขั้วขั้ไฟฟ้าฟ้บวกเข้าข้กับขั้วขั้บวกของเครื่อรื่งกำ เนิดนิ ไฟฟ้าฟ้เรียรีกว่าว่แอโนด

ต่อมาในปี ค.ศ. 1909 โรเบิร์บิตร์แอนดริวริส์ มิลมิลิแกน (Robert Andrews Millikan) นักนั ฟิสิฟิกสิส์ ชาวอเมริกัริ กันทำ การทดลองเพื่อพื่หาประจุของอิเล็กตรอน จากการสังสัเกตประจุไฟฟ้าฟ้บนหยดน้ำ มันมัที่ มิลมิลิแกนฉีดพ่นพ่ละอองน้ำ มันมั เข้าข้ไปในห้อห้งอุปกรณ์แณ์ละภายในห้อห้งอุปกรณ์จณ์ะประกอบด้วด้ยแผ่นผ่ ไฟฟ้าฟ้ ประจุลบอยู่ ด้าด้นบนและแผ่นผ่ ไฟฟ้าฟ้ประจุบวกอยู่ด้ยู่าด้นล่างของชุดอุปกรณ์ แล้วสังสัเกตพฤติกรรมของหยด น้ำ มันมัด้วด้ยกล้องจุลทรรศน์ น์พบว่าว่เกิดการ เคลื่อนที่ของหยดน้ำ มันมัเกิดขึ้นขึ้ภายในห้อห้งอุปกรณ์รณ์ะหว่าว่งแผ่นผ่ ประจุทั้งทั้ สองโดยหยดน้ำ มันมัจะแบ่งบ่ออกเป็นป็ 2 กลุ่มลุ่คือ กลุ่มลุ่ที่ หยดน้ำ มันมัลอยอยู่ ด้าด้นบนของแผ่นผ่ โลหะที่มีปมีระจุบวกและกลุ่มลุ่ที่ตกผ่าผ่นรูเรูล็กของแผ่นผ่ โลหะที่ มีปมีระจุ ระหว่าว่งแผ่นผ่ โลหะที่มีปมีระจุทั้งทั้ 2 เมื่อมื่ปรับรัให้แห้รงดึงดึดูดดูของกระแส ไฟฟ้าฟ้เท่ากับแรงโน้มน้ถ่วงของ โลกจะทำ ให้สห้ามารถคำ นวณหาประจุของ อิเล็กตรอนและมวลของอิเล็กตรอนได้ซึ่ด้ ซึ่งซึ่มีค่มี ค่าเท่ากับ กรัมรัตามลำ ดับ คูลคูอมบ์ และ 9.11x10⁻²⁸ 1.602x10⁻¹⁹

ในปี ค.ศ. 1911 ลอร์ดร์เออร์เร์นส รัทรัเทอร์ฟร์อร์ดร์ (Lord Ernest Rut นักนัวิทวิยาศาสตร์ชร์าวอังกฤษและฮันส์ ไก เกอร์ (Hans Geiger) ร์นักนัวิทวิยาศาสตร์ชร์าวเยอรมันมั ได้ ทดลอง ยิงยิอนุภนุาคแอลฟาไปยังยัแผ่นผ่ทองคำ ซึ่งซึ่ถูกถู ล้อมรอบด้วยฉากเรือรืงแสง ผลที่ได้จด้ากการทดลองพบว่าว่ 1. อนุภนุาคแอลฟาส่วส่นใหญ่ทญ่ะลุผ่ลุาผ่นแผ่นผ่ทองคำ ดังดั นั้นนั้จึงจึกล่าวได้ว่ด้าว่ภายในอะตอมมี พื้นพื้ที่โปร่งร่ว่าว่ง 2. อนุภนุาคแอลฟาบางส่วส่นเกิดการหักหัเหไปด้าด้นซ้าซ้ยและ ด้าด้นขวารวมทั้งทั้สะท้อนกลับ จึงจึกล่าวได้ว่ด้าว่ภายในพื้นพื้ที่ ของอะตอมอาจจะมีอมีนุภนุาคบางชนิดนิซึ่งซึ่มีมมีวลมากกว่าว่ อนุภนุาคแอลฟาเป็นป็องค์ประกอบ จากผลการทดลองที่ได้ รัทรัเทอร์ฟร์อร์ดร์สรุปรุและนำ เสนอแบบจำ ลอง อะตอมใหม่ขึ้ม่ ขึ้นขึ้ว่าว่ตอมมีลัมี ลักษณะทรงกลมและพื้นพื้ที่ส่นส่ ใหญ่ขญ่องอะตม เป็นป็พื้นพื้ที่ว่าว่งโดยมีอิมี อิเล็กตรอนวิ่งวิ่อยู่ ประกอบด้วด้ยนิวนิเคลียสและ ภายในนิวนิเคลียสจะมีปมีระจุไฟฟ้าฟ้บวกอยู่ แบบจำ ลองอะตอมของรัทรัเทอร์ฟร์อร์ดร์

นักนัวิทวิยาศาสตร์ไร์ด้พด้ยายามศึกษาเรื่อรื่งเกี่ยวกับอะตอม โดยได้เด้สนอ แบบจำ ลองอะตอมจากการทดลองที่เกิดขึ้นขึ้ซึ่งซึ่แบบจำ ลองของรัทรั เธอร์ฟร์อร์ดร์ ได้รัด้บรัการยอมรับรัแต่ก็ยังยัไม่สม่มบูรณ์ จึงจึมีผู้มีพผู้ ยายามหา คำ อธิบธิายเพิ่มพิ่เติม โดยในปี 1913 นีลนี โบร์ (Niels Bohr) นักนัวิทวิยาศาสตร์ชร์าวเดนมาร์กร์ ได้ทำด้ ทำการศึกษาการเกิดสเปกตรัมรั ของก๊าซไฮโดรเจน และได้สด้ร้าร้งแบบจำ ลองอะตอมเพื่อพื่ ใช้อช้ธิบธิาย ลักษณะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวนิเคลียสเป็น ป็ วงคล้าย กับวงโคจรของดาวเคราะห์รห์อบดวงอาทิตย์ แต่ละวงจะมีรมีะดับดั พลังงานเฉพาะตัว และเรียรีกระดับดัพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใยู่กล้ นิวนิเคลียสที่สุดสุซึ่งซึ่มีรมีะดับดัพลังงานต่ำ ที่สุดสุเรียรีกว่าว่ระดับดัพลังงาน K และเรียรีกระดับดัพลังงานถัดออกมาว่าว่ระดับดัพลังงาน L,M,N,… ตามลำ ดับดั แบบจำ ลองอะตอมของโบร์

นีลนีส์ โบร์ ร์ ได้เด้สนอแบบจำ ลองอะตอมขึ้นขึ้มา สรุปรุได้ดัด้งดันี้ 1. อิเลคตรอนจะอยู่กัยู่ กันเป็นป็ชั้นชั้ๆ แต่ละชั้นชั้เรียรีกว่าว่ “ระดับดัพลังงาน” 2. แต่ละระดับดัพลังงานจะมีอิมี อิเลคตรอนบรรจุได้ดัด้งดันี้ จำ นวนอิเลคตรอน = 2n2 ระดับดัพลังงาน K ระดับดัพลังงาน L ระดับดัพลังงาน M ระดับดัพลังงาน N ระดับดัพลังงาน O ระดับดัพลังงาน P ระดับดัพลังงาน Q 3. อิเลคตรอนที่อยู่ใยู่นระดับดัพลังงานวงนอกสุดสุเรียรีกว่าว่เวเลนซ์อิซ์ อิเลคตรอน (Valent electron) จะเป็นป็อิเลคตรอนที่เกิดปฏิกิริยริาต่าง ๆ ได้ 4. อิเลคตรอนที่อยู่ใยู่นระดับดัพลังงานวงในอยู่ใยู่กล้นิวนิเคลียส จะเสถียรมาก เพราะประจุบวกจากนิวนิเคลียสดึงดึดูดดูไว้อว้ย่าย่งดี ส่วส่นอิเลคตรอนระดับดั พลังงานวงนอก จะไม่เม่สถียร เพราะนิวนิเคลียสส่งส่แรงไปดึงดึดูดดูได้น้ด้อน้ยมาก อิเลคตรอนพวกนี้จึ นี้ งจึมีพมีลังงานสูงสูหลุดลุออกจากอะตอมได้ง่ด้ ง่าย 5. ระดับดัการพลังงานวงในจะอยู่ห่ยู่าห่งกันมาก ส่วส่นระดับดัพลังงานวงนอกจะอยู่ ชิดชิกันมาก 6. การเปลี่ยนระดับดัพลังงานของอิเลคตรอน ไม่จำม่จำเป็นต้องเปลี่ยนในระดับดั ถัดกัน อาจเปลี่ยน ข้าข้มระดับดัพลังงานกันก็ได้

เนื่อนื่งจากแบบจำ ลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) ร์มีข้มีอข้จำ กัดที่ไม่ สามารถใช้อช้ธิบธิายสเปกตรัมรัของอะตอมที่มีหมีลายอิเล็กตรอน ได้มีด้กมีาร ศึกษาเพิ่มพิ่เติมจนได้ข้ด้อข้มูลที่เชื่อชื่ว่าว่อิเล็กตรอนมีสมีมบัติบั ติเป็นป็ทั้งทั้อนุภนุาค และคลื่น โดยเคลื่อนที่รอบนิวนิเคลียสในลักษณะของคลื่นนิ่งนิ่บริเริวณที่ พบอิเล็กตรอนได้พด้บได้หด้ลายลักษณะเป็นป็รูปรูทรงต่าง ๆ ตามระดับดัพลังงานของอิเล็กตรอน จากการใช้คช้วามรู้ทรู้างกลศาสตร์ ควอนตัมสร้าร้งสมการขึ้นขึ้เพื่อพื่คำ นวณหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนใน ระดับดัพลังงานต่าง ๆ พบว่าว่แบบจำ ลองนี้อ นี้ ธิบธิายเส้นส้สเปกตรัมรั ได้ดีด้กดีว่าว่ แบบจำ ลองอะตอมของโบร์ โดยแบบจำ ลองอะตอมแบบกลุ่มลุ่หมอก กล่าวไว้ดัว้งดันี้ 1. อิเล็กตรอนมีขมีนาดเล็กมากและเคลื่อนที่อย่าย่งรวดเร็วร็ตลอดเวลาไป ทั่วทั่ทั้งทั้อะตอม จึงจึไม่สม่ามารถบอกตำ แหน่งน่ที่แน่นน่อนของอะตอมได้ 2. มีโมีอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวนิเคลียสบางบริเริวณเท่านั้นนั้ทำ ให้ สร้าร้งมโนภาพได้ว่ด้าว่อะตอมประกอบด้วด้ยกลุ่มลุ่หมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวนิเคลียส 3. บริเริวณที่กลุ่มลุ่หมอกทึบแสดงว่าว่ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้ มากกว่าว่บริเริวณที่มีกมีลุ่มลุ่หมอกจาง” แบบจำ ลองอะตอมแบบกลุ่ม ลุ่ หมอก Erwin Rudolf Josef Alexander Schrodinger