3 การเกิดเสปกตรัมของธาตุ

การเกดิ สเปกตรมั

สเปกตรัม หมายถึง อนุกรมของแถบสีหรือเส้นที่ได้จาก
การผ่านพลังงานรังสีเข้าไปในสเปกโตรสโคปซ่ึงทาให้
พลังงานรังสีแยกออกเป็นแถบหรือเป็นเส้น ท่ีมี
ความยาวคลื่นต่าง ๆ เรยี งลาดับกนั ไป

สเปกตรัมคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้า สเปกตรมั แมเ่ หล็กไฟฟา้

ประกอบด้วยคลืน่
แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ทีม่ ี
ความยาวคลื่นตา่ ง ๆ กนั
และมคี วามถต่ี อ่ เน่ืองกนั
เป็นชว่ งกวา้ ง มีทง้ั ที่
มองเห็นไดแ้ ละมองไม่เหน็

แสงที่ประสาทตาของมนุษย์สามารถรบั รไู้ ด้เรียกวา่ แสงที่มองเห็นได้ (visible light)
ในช่วงความยาวคลื่น 400 – 700 nm

การเกิดสเปกตรัมของแสงขาว

ถา้ ให้แสงขาวผ่านปริซึม แสงขาวจะเบนกระจายออกเป็นแสง
สตี า่ ง ๆ ตามความยาวคล่นื เปน็ แถบแสง 7 สี

ที่ต่อเนื่องกัน คือ สมี ว่ ง คราม นา้ เงนิ เขียว เหลอื ง แสด แดง

มักซ์ พลังค์
นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน
ได้ศึกษาความสัมพันธ์ระหวา่ ง
พลังงานและความถี่
ของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟา้



ความสัมพันธ์ระหว่างพลงั งานของคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟา้
กบั ความถข่ี องคลืน่

พลงั งานของคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้าจะเปน็ สดั ส่วนโดยตรงกบั ความถ่ี
ของคล่นื ดังความสมั พนั ธ์ตอ่ ไปน้ี

E 

หรือ E = h 

หรือ E = h 

เม่ือ E คอื พลงั งาน มหี น่วยเป็น จูล (J)
h คือ ค่าคงตวั ของพลังค์ มีคา่ 6.626 x 10-34 จลู วินาที (Js)

 คือ ความถขี่ องคล่ืนแม่เหล็กไฟฟา้ มหี น่วยเปน็

รอบต่อวนิ าที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

=

นอกจากน้คี วามถขี่ องคลน่ื ยังมคี วามสมั พนั ธก์ ับความยาวคลนื่ ดงั ต่อไปน้ี

= c


เมื่อ c คือ ความเรว็ ของคลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ ในสุญญากาศ
เท่ากบั 2.997 x 108 เมตรต่อวนิ าที หรืออาจใช้
3.0 x 108 เมตรตอ่ วนิ าที (m/s)

 คอื ความยาวคลนื่ มีหนว่ ยเป็นเมตร

คา่ พลังงานของคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าจงึ มีความสมั พนั ธ์กบั ความยาวคลืน่ ดงั น้ี

E = h = h c



E   1


ความสมั พันธ์ระหว่างพลงั งาน ความถ่ี และความยาวคลนื่
ของคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟา้

➢ คลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้าทม่ี พี ลงั งานมาก จะมคี วามถี่สงู
ความยาวคลนื่ สนั้
➢ คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟา้ ท่ีมีพลังงานนอ้ ย จะมคี วามถ่ีตา่
ความยาวคลืน่ ยาว

E = h = h c



=c



ตัวอย่างท่ี 1 จงคานวณพลังงานของคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง
ทม่ี คี วามถเ่ี ท่ากบั 5 x 107 รอบต่อวินาที

วธิ ที า่ โจทย์กาหนด = 5 x 107 s-1

โจทยใ์ ห้หา E = ?

จากสูตร E = h
เม่ือ  = 5 x 107 s-1

h = 6.626 x 10-34 Js

แทนค่า E = 6.626 x 10-34 Js
x 5 x 107 s-1

= 3.31 x 10-26 J

ดังนน้ั คล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟา้ ชนดิ หนงึ่ ท่มี ีความถ่ีเทา่ กับ
5 x 107 รอบตอ่ วนิ าที จะมีพลังงาน 3.31 x 10-26 จลู

ตวั อยา่ งท่ี 2 คลนื่ แม่เหล็กไฟฟา้ ทมี่ คี วามถเี่ ทา่ กบั 5.50 x 1014
รอบต่อวนิ าที จะมคี วามยาวคลื่นเปน็ เทา่ ใด และปรากฏเป็นสใี ด

วิธีทา่ โจทย์กาหนด = 5 x 1014 s -1

โจทยใ์ ห้หา = ? , สีอะไร

 = c

จากสตู ร

เมอ่ื = 5.5 x 1014 s-1

c = 3 x 108 m/s

แทนค่า 5.5 x 1014 s-1 = 3.0 x 108m/s

 = 5.45 x10-7 m

หรือ = 5.45 x 10-7 m x

= 5.45 x 102 nm
= 545 nm

ดังนน้ั คลืน่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ ทมี่ คี วามถ่ี 5.5 x 1014 รอบต่อวินาที
จะมคี วามยาวคล่ืน 545 นาโนเมตร และปรากฏเปน็ สีเขียว

ใหน้ กั เรียนทาแบบฝึกหดั
เร่อื ง คล่นื สมบตั ขิ องคลน่ื และสเปกตรมั ของแสง



ตาราง ชว่ งความยาวคลืน่ ของแถบสีตา่ ง ๆ ในสเปกตรัมของแสงขาว

แถบสี ความยาวคล่ืน (nm) พลังงาน (kJ)
สมี ว่ ง 400 – 420 4.96 x 10-22 - 4.72 x 10-22
สคี ราม – นา่้ เงนิ 420 – 490 4.73 x 10-22 - 4.05 x 10-22
สีเขยี ว 490 – 580 4.05 x 10-22 – 3.42 x 10-22
สีเหลือง 580 – 590 3.42 x 10-22 – 3.36 x 10-22
สีแสด (สม้ ) 590 – 650 3.36 x 10-22 – 3.05 x 10-22
สีแดง 650 – 700 3.05 x 10-22 – 2.84 x 10-22

ตรวจสอบความเขา้ ใจ

เสน้ สปกตรมั เสน้ หนง่ึ ของธาตซุ เี ซียม มีความยาวคล่ืน 456 นาโนเมตร
จะปรากฏเป็นสใี ด

ตาราง ชว่ งความยาวคลนื่ ของแถบสีต่าง ๆ ในสเปกตรัมของแสงขาว

แถบสี ความยาวคลนื่ (nm) พลังงาน (kJ)
สมี ว่ ง 400 – 420 4.96 x 10-22 - 4.72 x 10-22
สีคราม – นา่้ เงิน 420 – 490 4.73 x 10-22 - 4.05 x 10-22
สีเขยี ว 490 – 580 4.05 x 10-22 – 3.42 x 10-22
สีเหลือง 580 – 590 3.42 x 10-22 – 3.36 x 10-22
สีแสด (สม้ ) 590 – 650 3.36 x 10-22 – 3.05 x 10-22
สีแดง 650 – 700 3.05 x 10-22 – 2.84 x 10-22

ชดุ ศกึ ษาสเปกตรมั

ผลการทดลอง

➢ สเปกตรัมจากแสงอาทิตย์มแี สงสตี ่อเนอ่ื งกันเป็น แถบสเปกตรมั
(spectrum band)

➢ สเปกตรัมที่มองเหน็ จากหลอดฟลอู อเรสเซนต์ นอกจากจะมองเห็นแถบ
สเปกตรัมของสีต่าง ๆ เป็นพืน้ แล้วยงั มเี สน้ สีตา่ ง ๆ ปรากฏในแถบสเปกตรมั ด้วย

➢ สเปกตรมั ของแกส๊ ไฮโดรเจน ฮีเลียม นอี อน และไอปรอท พบว่าธาตแุ ต่ละชนิด
ให้สเปกตรมั ที่มีเสน้ สตี า่ งกนั และมีจานวนเสน้ สเี ฉพาะตัว เสน้ สีต่าง ๆ น้เี รียกวา่
เส้นสเปกตรมั (spectrum line)

ผลการศึกษาเปลวไฟจากการเผาสารประกอบของธาตตุ ่าง ๆ

จ า ก ผ ล ก า ร ท ด ล อ ง จ ะ พ บ ว่ า เ ป ล ว ไ ฟ ที่ เ กิ ด จ า ก ก า ร เ ผ า ส า ร
เมือ่ มองด้วยตาเปล่ามักจะเห็นเพียงสีเดยี ว ซ่ึงเปน็ สีท่เี ดน่ ชัดที่สดุ และ
ถ้าเผาสารประกอบของธาตุโลหะตา่ งชนิดกนั จะได้เปลวไฟสีต่างกนั



เสน้ สเปกตรมั ของธาตตุ ่าง ๆ

Ar

He

Hg

Na

สเปกตรมั แบง่ ออกเปน็ 2 ชนิด

1. สเปกตรัมแบบแถบ

2. สเปกตรัมแบบเสน้

1. สเปกตรมั แบบแถบหรอื แบบต่อเนื่อง
(Spectrum band/Continuous Spectrum)

เปน็ สเปกตรัมทีเ่ ห็นเป็นแถบสีตอ่ เนื่องกัน เช่น สเปกตรมั จากดวง
อาทติ ย์ (สเปกตรมั ของแสงขาว)

2. สเปกตรมั แบบเส้น หรือแบบไม่ตอ่ เนอ่ื ง
(Spectrum line / (Continuous Spectrum)

เป็นสเปกตรัมท่ีเห็นเปน็ เส้นไม่ต่อเนือ่ งกนั
เชน่ สเปกตรัมทเี่ กดิ จากธาตุ

สเปกตรมั ของแสงขาวและเส้นสเปกตรมั ของธาตบุ างชนดิ

สเปกตรมั ของธาตแุ ละการแปลความหมาย

ในการศกึ ษาโครงสรา้ งของอะตอม เพ่ือต้องการทราบว่า
อเิ ล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียสอยู่ในลักษณะใดนน้ั
นกั วทิ ยาศาสตรไ์ ดศ้ ึกษาเปลวไฟจากการเผาสารต่าง ๆ และ
ศกึ ษาสเปกตรัมโดยใช้เครอ่ื งมือท่เี รยี กว่า สเปกโตรสโคป

เคร่อื งมอื ศกึ ษาการเกิดสเปกตรมั
spectroscope

ช่องสลทิ เป็นเครอ่ื งมอื ทใ่ี ช้ศึกษา
ใหแ้ สงผ่าน เกีย่ วกบั สเปกตรัม

แหลง่ ก่าเนิดแสง ปริซึมทา่ ให้เกิดการหกั เห
ของแสง

เส้นสเปกตรัมทีเ่ หน็
เกิดขึ้นไดอ้ ยา่ งไร

อนภุ าคชนิดใดในอะตอมที่มี
ความเกี่ยวข้องกับ
การเกดิ สเปกตรมั

E สงู สถานะกระตนุ้
(Excited state)
อเิ ลก็ ตรอนรบั
พลงั งาน อเิ ลก็ ตรอนคาย
พลังงานในรปู แสง
E ต่า
➔สเปกตรัม
การเกดิ สเปกตรมั
สถานะพน้ื
(Ground state)

อาจมกี ารเปลีย่ นขา้ ม
ขน้ั ได้ จงึ ทา่ ให้เกิดเส้น
สเปกตรัมไดห้ ลายเส้น



การเกดิ สเปกตรัม

สถานะกระตนุ้

สถานะพ้ืน

เหตใุ ดเสน้ สเปกตรมั ของธาตุไฮโดรเจน
จงึ มหี ลายเสน้ ทัง้ ท่เี ป็นธาตุท่มี เี พยี ง
1 อิเล็กตรอน

การศกึ ษาเส้นสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน
ซง่ึ มี 1 อเิ ลก็ ตรอนแต่จากการทดลองพบวา่ มี
เสน้ สเปกตรัม 4 เส้นที่มีสตี ่างกนั
ระดับพลงั งานของอเิ ล็กตรอนของไฮโดรเจน
มีคา่ เดยี วหรอื ไม่

ตาราง ผลตา่ งระหวา่ งพลังงานของเสน้ สเปกตรมั ของอะตอมไฮโดรเจน

แสดงวา่ อะตอมของไฮโดรเจน
มพี ลังงานหลายระดับโดย
ความแตกตา่ งระหว่างพลงั งาน
แตล่ ะระดบั ทอี่ ยถู่ ัดไปมคี า่
ไมเ่ ท่ากันและความแตกตา่ ง
ของพลังงานมีค่าน้อยลง
เมื่อระดับพลงั งานสูงขนึ้

อิเลก็ ตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนขึ้นไปอยู่ในสถานะกระตุ้นท่มี ี
พลังงานแตกตา่ งกนั ได้หลายระดับ

จากการคานวณ
พบว่าเสน้ สเปกตรัมของ
ไฮโดรเจนท้ัง 4 เส้น ท่ปี รากฏ
ในช่วงคลื่นท่ตี ามองเห็น
เกิดจากอเิ ล็กตรอนคาย
พลงั งานเม่อื มีการเปลย่ี น
ระดบั พลงั งานจากระดับชน้ั
ท่สี งู กวา่ ลงมายังชั้นทต่ี า่ กว่า

พ ัลงงานศัก ์ย เปรยี บเทยี บการกล้ิงลงบนั ไดของลกู บอลกบั
n = 5 การเปล่ียนแปลงพลังงานของอเิ ล็กตรอน

n=4
n=3
n=2

n=1
หมายเหตุ การอุปมานี้นบั ระดบั พนื้ เปน็ ขั้นท่ี 1 ซึ่งอาจต่างจากการนบั ข้นั บนั ไดจริง ๆ

รู้หรอื ไม่

เส้นสเปกตรมั หลายเส้น เกิดจากการเปลย่ี นแปลงระดบั พลงั งานของ
อเิ ล็กตรอนจากระดบั พลงั งานทส่ี ูงกว่าลงมายงั ระดับพลงั งานท่ีต่ากวา่ ใน

ระดบั เดยี วกัน เรียกวา่ อนุกรมสเปกตรัม (spectrum series)



อนุกรมบลั เมอร์ เป็นการเปลย่ี นระดับพลงั งานของ
อิเล็กตรอนจากระดบั ทสี่ งู กวา่ ลงมายงั ระดับพลงั งานท่ี 2 (n = 2)
อนกุ รมชดุ นเ้ี ปน็ ชุดแรกทคี่ ้นพบและให้สเปกตรมั ทอ่ี ยใู่ นช่วงทม่ี องเหน็ ได้

การยา้ ยระดับพลงั งานของอิเลก็ ตรอนในชั้นทแ่ี ตกตา่ งกัน
ท่าให้เกดิ สเปกตรัมเป็นเส้นท่มี สี ีแตกตา่ งกนั

สขี องสเปกตรัมขนึ้ อย่กู ับความยาวคลนื่ ทอี่ เิ ล็กตรอนคายออกมา