logo IPST4 IPST4
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • learning space
  • ระบบอบรมครู
  • ระบบการสอบออนไลน์
  • ระบบคลังความรู้
  • สสวท.
  • สำนักงานสลากกินแบ่ง
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • E-Books อื่นๆ
  • Apps
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • คำถามที่พบบ่อย
  • สมัครสมาชิก
  • Forgot your password?
ค้นหา
    
ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
เลือกหมวดหมู่
    
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ

แบบจำลองอะตอม

โดย :
ณปภัชร รู้สมกาย
เมื่อ :
วันศุกร์, 11 สิงหาคม 2560
Hits
154215
  • 1. Introduction
  • 2. แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
  • 3. แบบจำลองอะตอมของโบร์
  • - All pages -

           ประมาณ 500 ปี ก่อนคริตศักราช นักปราชญ์กรีกชื่อ ดิโมเครตุส(Democritus) และลาซิปปุส(Leucippus) เชื่อว่าเมื่อย่อยสารลงเรื่อย ๆ จะได้ซึ่งไม่สามารถทำให้เล็กลงกว่าเดิมได้อีก และเรียกอนุภาคที่เล็กที่สุดว่า “อะตอม” (atom มาจากภาษากรีกคำว่า atomos แปลว่าแบ่งแยกอีกไม่ได้) และสิ่งที่เล็กที่สุดนี้ของแต่ละธาตุต่างกันจึงทำให้สมบัติต่าง ๆ ของแต่ละธาตุแตกต่างกันด้วย แต่ความเชื่อนี้ไม่ได้รับการยอมรับจากนักปราชญ์ที่มีชื่อเสียงในสมัยนั้น (Plato และ Aristotle)

          แบบจำลองอะตอมเป็นมโนภาพที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นโดยอาศัยข้อมูลที่ได้จากการทดลอง เพื่ออธิบายสมมติฐานที่ตั้งขึ้น แบบจำลองอะตอมที่สร้างขึ้นมานั้นสามารถปรับปรุงและพัฒนาเมื่อพบข้อมูลใหม่ที่แบบจำลองเดิมไม่สามารถอธิบายได้

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

          ในปี ค.ศ.1808 John Dalton ครูสอนวิทยาศาสตร์  คณิตศาสตร์ และนักปรัชญา ชาวอังกฤษ ได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับอะตอมที่เรียกว่าทฤษฎีอะตอม มีใจความสำคัญว่า

  1. สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด ซึ่งไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก เรียกว่า atom
  2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ย่อมมีสมบัติเหมือนกันทุกประการ(เช่นมีมวลเท่ากัน) และมีสมบัติแตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น
  3. ไม่สามารถทำให้อะตอมสูญหายหรือเกิดใหม่ได้ (กฎทรงมวล Law of conservation mass)
  4. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวทางเคมีระหว่างอะตอมของตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป และจำนวนอะตอมของธาตุที่รวมตัวกันจะเป็นอัตราส่วนตัวเลขลงตัวน้อย ๆ (กฎสัดส่วนคงที่ Law of multipleproperties)

Dolton  เสนอมโนภาพของแบบจำลองอะตอมว่า อะตอมมีลักษณะทรงกลมตัน มีขนาดเล็กมาก และไม่สามารถแบ่งแยกได้อีก

7437 1

ภาพที่ 1 แสดงแบบจำลองอะตอมของ Dolton

ที่มา : http://thehistoryoftheatom.weebly.com/john-dalton.html 

เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองค้นคว้าได้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมมากขึ้น พบว่าแบบจำลองอะตอมของ Dolton ไม่สามารถอธิบายได้ เช่น

  1. ทำไมอะตอมของธาตุต่างกันจึงมีมวลต่างกัน
  2. อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีสมบัติต่างกันได้  เช่น ไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป 1H, 2H และ 3H  เป็นธาตุชนิดเดียวกันแต่มีมวลต่างกัน
  3. ทำไมธาตุจึงมีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาต่างกัน
  4. ทำไมธาตุหนึ่ง ๆ ทำปฏิกิริยาได้เฉพาะบางธาตุ
  5. อะตอมทำให้เกิดขึ้นใหม่หรือเปลี่ยนไปเป็นอะตอมของธาตุอื่นได้ หรือสามารถสังเคราะห์อะตอมของธาตุใหม่ได้โดยอาศัยปฏิกิริยานิวเคลียร์

ด้วยสาเหตุดังกล่าวจึงทำให้มีผู้ศึกษาค้นคว้าแบบจำลองอะตอมใหม่เพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้น

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

          Sir Joseph John Thomson นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้รวบรวมนำการศึกษาด้านต่าง ๆ ของผู้สนใจค้นคว้าในแต่ละสาขามารวมกันเป็นแบบจำลองอะตอมใหม่ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่แบบจำลองอะตอมของดอลตันไม่สามารถอธิบายได้ การทดลองที่สำคัญ คือ

  1. หลอดรังสีแคโทดของ William Crookers
  2. หลอดรังสีแคโทดของ Sir Joseph John Thomson
  3. การหาค่าประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ำมันของ Robert Andrews Millikan
  4. หลอดรังสีแคโทดของ Eugen Goldstrin
  1. หลอดรังสีแคโทดของ William Crookers

        จากปรากฏการณ์ธรรมชาติที่แสดงให้เห็นว่าแก๊สนำไฟฟ้าได้ คือ ปรากฏการณ์ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า นักวิทยาศาสตร์จึงได้ทำการทดลองเพื่ออธิบายการนำไฟฟ้าของแก๊สพบว่า ที่ความดัน 1 บรรยากาศ (1 atm) อากาศจะไม่นำไฟฟ้า แต่ถ้าลดความดันลง และเพิ่มความต่างศักย์ระหว่างขั้วมาก ๆ แก๊สจะนำไฟฟ้าได้ดี

        William Crookers ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์เพื่อจำลองปรากฏการณ์ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า ประกอบด้วยหลอดแก้วที่บรรจุแก๊สความดันต่ำ มีขั้วไฟฟ้าเป็นแผ่นโลหะ (Electrode) 2 ขั้ว ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูง (10,000 – 20,000 volte) แผ่นโลหะด้านไฟฟ้าลบเรียกว่า ขั้ว cathode แผ่นโลหะด้านไฟฟ้าบวกเรียกว่า ขั้ว anode และยังได้วางฉากเรืองแสง (ZnS ซิงค์ซัลไฟด์) ขนานไปตามแนวยาวของหลอด

จากการทดลองของ Crookers พบว่า

  1. ที่ความดัน 1 บรรยากาศ ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ
  2. เมื่อลดความดันลง แก๊สภายในหลอดแก้วจะเรืองแสง
  3. เมื่อลดความดันลงมาก ๆ บริเวณ anode จะเรืองแสงมาก
  4. เมื่อนำ หมุนได้ไปไว้ระหว่างขั้ว anode และ cathode ใบพัดจะหมุนได้
  5. เมื่อนำฉากเรืองแสง ZnS ไว้ระหว่างขั้ว anode และ cathode ฉากด้านที่หันไปทางขั้ว cathode เรืองแสงและเกิดเงา

       เพราะฉะนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่ามีรังสีชนิดหนึ่งพุ่งออกมาจากขั้ว cathode เป็นเส้นตรงมายังขั้ว anode เรียกรังสีนี้ว่า cathode ray  cathode ray ประกอบด้วยอนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุลบและมีมวลเพราะสามารถทำให้ใบพัดของกังหันหมุนได้

  1. หลอดรังสีแคโทดของ Sir Joseph John Thomson

      ค.ศ. 1897 (พ.ศ. 2440) Sir Joseph John Thomson นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ดัดแปลงหลอดรังสีแคโทด พบว่าเมื่อลดความดันลงจนเกือบเป็นสูญญากาศ จะมีจุดสว่างบนฉากเรืองแสง Thomson จึงตั้งสมมุติฐานว่า รังสี cathode เป็นอนุภาคที่มีประจุ ดังนั้นอนุภาคควรจะเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

      เมื่อนำสนามไฟฟ้าภายนอกมาล่อ จุดสว่างบนฉากเรืองแสงจะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกเสมอ เพราะฉะนั้น Thomson จึงสรุปว่า รังสี cathode ประกอบด้วยอนุภาคลบที่เคลื่อนที่ออกจากขั้ว cathode ในลักษณะรังสี

      Thomson ได้ทำการทดลองต่อโดย

  1. เปลี่ยนแก๊สภายในหลอดรังสี cathode  โดยโลหะที่ทำขั้วยังคงเดิม พบว่าได้ผลการทดลองเช่นเดิม
  2. เปลี่ยนโลหะที่ใช้ทำขั้วเป็นโลหะชนิดต่าง ๆ แต่ใช้แก๊สชนิดเดิม พบว่าได้ผลการทดลองเช่นเดิม

        สรุปได้ว่าไม่ว่าจะบรรจุแก๊สชนิดใดหรือใช้โลหะชนิดใดมาทำขั้ว หลอดรังสี cathode  จะให้รังสี cathode  ที่เป็นอนุภาคลบเหมือนกัน

      Thomson ได้ทำการทดลองต่อโดยนำหลอดรังสี cathode  วางไว้ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่ตั้งฉากกั้น จากนั้นค่อย ๆ เพิ่มอำนาจสนามแม่เหล็กจน รังสี cathode   ไม่มีการเบี่ยงเบนแสดงว่าความแรงของสนามไฟฟ้ามีค่าเท่ากับความแรงสนามแม่เหล็ก Thomson อาศัยค่าความแรงของสนามแม่เหล็กและความแรงของสนามไฟฟ้าที่กระทำต่ออนุภาคลบในรังสี cathode   หาอัตราส่วนประจุต่อมวล (e/m) ของอนุภาคได้  e/m = 1.759 x 108  คูลอมบ์ต่อกรัม

      Thomson  จึงสรุปว่า อนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุลบเป็นองค์ประกอบของอะตอมของธาตุทุกชนิด และเรียกชื่ออนุภาคนี้ว่า  อิเล็กตรอน (Electron)

  1. การหาค่าประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ำมันของ Robert Andrews Millikan

                    ในปี ค.ศ.1909  (พ.ศ.2452) Robert Andrews Millikan  นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ทดลองหาค่าประจุของอิเล็กตรอนโดยวิธีเม็ดน้ำมัน (Oil-drop experiment) เมื่อพ่นละอองเม็ดน้ำมันเข้าไปหยดน้ำมันจะเคลื่อนที่จากบนลงล่างตามแรงดึงดูดของโลกแต่เมื่อฉาย X-ray จะทำให้อากาศภาย (ในแตกตัวเป็นอนุภาคบวกและลบไปเกาะบนหยดน้ำมันที่มีประจุลบเท่านั้น) ดังนั้นเมื่อใส่สนามไฟฟ้าเข้าไปหยดน้ำมันที่มีประจุลบเกาะอยู่จะเคลื่อนที่ลงมาช้าลงเพราะขั้วบวกที่อยู่ด้านบนดึงดูดเอาไว้จากนั้นปรับสนามไฟฟ้าจนกระทั้งแรงดึงดูดจากสนามไฟฟ้า(ด้านบน)กับแรงดึงดูดของโลกมีค่าเท่ากันหยดน้ำมันจะลอยนิ่งนั้นคือ

จากสมการ                   F1  =  mg       (1)

                     เมื่อถ้า  m  =  มวลของหยดน้ำมัน

                               g  =  แรงดึงดูดของโลก

                               F1  =  แรงดึงดูดของโลกที่กระทำต่อหยดน้ำมัน

และจากสมการ            F2  =  Eq         (2)

          เมื่อ                q   =  ประจุบนหยดน้ำมัน

                               E  =  สนามไฟฟ้า

                               F2  =  แรงที่สนามไฟฟ้ากระทำต่อประจุบนหยดน้ำมัน

เมื่อหยดน้ำมันลอยนิ่ง         สมการที่ 1   =       สมการที่  2

                                                  F1    =        F2

                                                      mg    =        Eq

                                                   q     =       (mg) /E

                    ค่า m และ E หาได้จากเครื่องมือที่ใช้  Milikan พบว่าประจุบนเม็ดน้ำมันที่น้อยสุดว่ามีค่าเป็นเลขจำนวนเต็มคูณด้วย 1.602 x 10-19  คูลอมบ์ (coulomb) Milikan จึงนับค่าประจุไฟฟ้าของเม็ดน้ำมันที่น้อยสุดว่ามีค่า = 1 x 1.602 x 10-19  คูลอมบ์ว่าเป็นประจุของเม็ดน้ำมันเมื่อมีอิเล็กตรอน 1  ตัว เพราะฉะนั้นประจุของอิเล็กตรอนมีค่า =  1 x 1.602 x 10-19  coulomb

การหาค่ามวลของอิเล็กตรอน

          เมื่อทราบค่าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนก็สามารถนำมาแทนค่าในสมการของ Thomson

          สมการของ Thomson             e/m     =        1.759 x108         coulomb / g

          แทนค่า e จาก Milikan  e                   =        1.602 x 10-19    coulomb

           จะได้มวลของ electron            m        =        9.11 xx10-28    g

  1. หลอดรังสีแคโทดของ Eugen  Goldstein (การค้นพบ Proton)

          การที่อะตอมทุกชนิดมี electron เป็นองค์ประกอบแต่อะตอมมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้าทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าจะต้องมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกเป็นองค์ประกอบในปี ค.ศ. 1889 (พ.ศ. /2429) Eugen Goldstrin นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ดัดแปลงหลอดรังสี cathode ดังรูป

7437 2

ภาพที่ 2 แสดงหลอดรังสีแคโทดของ Eugen Goldstrin

ที่มา : https://sites.google.com/site/631laintimidaddelamateria/descubrimiento-de-las-particulas-subatomicas 

          โดยเลื่อน cathode และ anode ที่เจาะรูมาไว้เกือบตรงกลางและมีฉากเรื่องแสงอยู่ที่ปลายทั้งสองข้างเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าศักดิ์สูงเข้าไปปรากฏว่ามีแสงสว่างเกิดขึ้นบนฉากเรื่องแสงทั้งสองตรงกับตำแหน่งที่เจาะรูไว้แสดงว่ามีรังสีจากขั้ว anode ไปขั้ว cathode ผ่านรูตรงกลางที่เจาะไว้กระทบกับฉากเรืองแสงรังสีนี้จะเกิดขึ้นพร้อมๆกับ cathode ray เรียกรังสีที่พบใหม่ว่า positive ray หรือ anode ray หรือ canal ray

          เมื่อทดลองหลายครั้งโดยเปลี่ยนชนิดของ gas ในหลอดพบว่าอนุภาคที่มีประจุบวกเหล่านี้มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่คงที่และจะขึ้นกับชนิดของ gas  ที่บรรจุในหลอดแต่ถ้าใช้ gas ชนิดเดิมแล้วเปลี่ยนชนิดขั้วโลหะที่ทำ anode พบว่าอัตราส่วนต่อประจุต่อมวลมีค่าคงเดิม

          Goldstien ได้สรุปผลการทดลองว่าอัตราส่วนประจุต่อมวลขึ้นอยู่กับชนิดของ gas (gas ต่างชนิดกันจะมีผลมวลต่างกัน)

          เมื่อใช้ Hydrogen gas จะได้อนุภาค(H+ (g) มีค่าประจุต่อมวลมากที่สุดโดยที่อนุภาคบวกนี้มีค่าประจุเท่ากับ electron (ทำให้มวลของอนุภาคบวกดังกล่าวมีค่าต่ำสุด) จึงเรียกอนุภาคบวกหรือไอออนบวกจาก Hydogen gas ว่า Proton ซึ่งมาจากภาษากรีกว่า Proteinos ซึ่งมีความหมายเป็นสิ่งสำคัญสิ่งแรก(fist importance)

          Thomson เสนอแบบจำลองอะตอมว่า “อะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคโปรตรอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมออะตอมในสภาวะเป็นกลางจะมีประจุบวกเท่ากับประจุลบนอก”  จากนี้ยังหาค่า e / m ของ hydrogas หรือ Proton ได้เท่ากับ 9.58 x 104 coulomb/ g แทนค่า e = 1.6 x 10-19 จะได้ค่ามวลของ proton = 1.66 x 10-24 g เมื่อเปรียบเทียบมวลของ proton กับมวลของ electron พบว่ามวลของ proton จะมีค่ามากกว่ามวลของ electron ประมาณ 1800 เท่า

7437 3

ภาพที่ 3 แสดงแบบจำลองอะตอมของทอมสัน (Thomson)

ที่มา http://ne.phys.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld1_E/Part2_E/P24_E/Thomson_model_E.htm 


Return to contents

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

          หลังจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ได้พบสารกัมมันตรังสีและเรินต์เกน (W.K.Rontgen) ค้นพบ X-ray   Lord  Emert Ruthetford นักวิทยาศาสตร์ชาวนิวซีแลนด์ได้ทำการการศึกษาธรรมชาติของรังสีที่เกิดจากสารกัมมันตรังสีพบว่ามี 3 ชนิดคือ

  1. รังสีเอลฟา (a – ray) ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก (+2) เป็นนิ้วเคลียสของอะตอมของธาตุฮีเลียมคือประกอบด้วย proton 2 ตัว และ Neutron 2 ตัว อำนาจผ่านทะลุวัตถุได้น้อยมากถูกกั้นโดยกระดาษเพียงแผ่นเดียวหรือสองแผ่น
  2. รังสีเบต้า (B-ray) ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงมีอำนาจการผ่านทะลุสูงกว่ารังสีแอลฟาถูกกั้นโดยใช้แผ่นโลหะบางๆ
  3. รังสีแกมมา (Y-ray) แสดงสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมากคล้าย X-ray รังสีแกมมาไม่มีมวลไม่มีประจุมีอำนาจผ่านทะลุสูงถูกกั้นได้โดยแผ่นตะกั่วหนา

          ค.ศ. 1911 (พ.ศ. 2454) Lord Emest Ruthertford และฮันส์ ไกเกอร์ (Hans Geiger) และเออร์เนสต์ มาร์สเดน (Emest Marsden) ร่วมกันทดลองเกี่ยวกับทิศทางของการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟาที่ประเทศอังกฤษในการทดลอง Rutherford ได้ใช้อนุภาคแอลฟายิงไปยังแผ่นโลหะทองคำบางๆและใช้ฉากเรืองแสง ZnS เป็นฉากรับดังรูป

7437 4

ภาพที่ 1 แสดงการทดลองการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำ

ที่มา : http://www.100ciaquimica.net/temas/tema3/ipunto2d.htm 

         จากผลการทดลองการตรวจสอบทิศทางของอนุภาคแอลฟาจะใช้ฉากเรืองแสงที่ทำด้วยซิงค์ซัลไฟด์เมื่ออนุภาคแอลฟากระทบกับฉากจะปรากฏแสงสว่างแวบขึ้นจากการทดลองพบว่าอนุภาคแอลฟาส่วนมากจะวิ่งผ่านแผ่นทองคำไปกระทบฉากเรืองแสง และมีอนุภาคแอลฟาจำนวนหนึ่งเบนออกจากเส้นตรงทำให้เกิดการเรืองแสงที่ด้านข้างและบางส่วนแสงเบนมาด้านหน้า

          จากการทดลองของ Rutherford  ไม่สามารถใช้แบบจำลองของ Thomson  อธิบายได้เพราะตามแบบจำลองอะตอมของ Thomson  อะตอมของแผ่นทองคำจะมี proton และ electron กระจายอยู่ทั่วทั้งอะตอมถ้าแบบจำลองอะตอมของ Thomson  ถูกต้องเมื่อยิงอนุภาคแอลฟาที่มีประจุบวกเข้าไปในแผ่นทองคำอนุภาคของแอลฟาจะทะลุผ่านแผนทองคำและเกิดการเรืองแสงที่จุด A เท่านั้นและต้องไม่เกิดการเรืองแสงที่จุด A และ C

          แต่จากผลการทดลองของ Rutherford  ปรากฏว่าอนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่วิ่งผ่านแผนทองคำเป็นตรงและมีส่วนที่เบี่ยงเบนออกและบางส่วนสะท้อนกลับแสดงว่าแบบจำลองของ Thomson ไม่สอดคล้องกับผลการทดลอง Rutherford อธิบายผลการทดลองดังนี้

  1. การที่อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่วิ่งผ่านทองคำเป็นเส้นตรงแสดงว่าอะตอมไม่ใช่ของแข็งทึบตันแต่ภายในอะตอมมีที่ว่างอยู่มาก(ผลการทดลองจุด A เป็นจุดที่รังสีแอลฟาผ่านช่องว่างในอะตอมไปยังฉากมากจุดนี้เรืองแสงมากแสดงว่าอะตอมมีช่องว่างมาก)
  2. อนุภาคแอลฟาบางอนุภาคที่หักเหออกจากทางเดิมเพราะภายในอะตอมมีอนุภาคที่มีมวลมากและมีประจุเป็นบวกสูงมีขนาดเล็กดังนั้นเมื่ออนุภาคแอลฟาเข้าใกล้อนุภาคนี้จะถูกผลักให้เบนออกจากทางเดิมหรือเมื่ออนุภาคแอลฟากระทบโดยตรงก็เกิดการสะท้อนกลับ(เกิดการเรืองแสงที่จุด B และ C)

          ดังนั้นเพื่ออธิบายผลการทดลอง Rutherford จึงเสนอแบบอะตอมขึ้นมาใหม่ดังนี้ “อะตอมประกอบด้วยโปรตรอนซึ่งรวมตัวเป็นนิวเคลียสอยู่ตรงกลางนิวเคลียสมีขนาดเล็กมากแต่มีมวลมากและมีประจุบวกส่วน electron ที่มีประจุลบและมีมวลน้อยมากวิ่งอยู่รอบๆนิวเคลียสเป็นบริเวณกว้าง”

 

7437 5

ภาพที่ 2 แสดงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด (Rutherford)

ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rutherford_atomic_planetary_model.svg 

 

 


Return to contents

 แบบจำลองอะตอมของโบร์

          นีล โบร์  เป็นคนแรกที่อธิบายว่าอิเล็กตรอนไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อโคจรรอบนิวเคลียส โดยเสนอว่า อิเล็กตรอนสามารถโคจรแบบไม่ตกใส่นิวเคลียสได้ที่บางวงจร  เป็นวงจรที่เสถียร ในกรณีที่มีการเปลี่ยนวงโคจรเท่านั้นที่จะมีการปล่อยพลังงานออกมาเป็นโฟตอน (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นอนุภาค) ซึ่งเป็นที่มาของสเปกตรัมของธาตุต่าง ๆ สเปกตรัมของอะตอมนี้สามารถอธิบายได้อย่างดีโดยใช้แบบจำลองอะตอมของโบร์

          ก่อนยุคของโบร์เป็นที่ทราบกันก่อนแล้วว่า เมื่อให้พลังงานกับสาร อะตอมแต่ละชนิดจะส่งเส้นแสงที่เป็นเอกลักษณ์ของอะตอมแต่ละชนิดออกมา เส้นแสงเหล่านี้เป็นชุดเรียกว่า สเปกตรัม ซึ่งจากการศึกษาโดยนักเคมีและนักฟิสิกส์ สรุปเป็นสมการที่ได้จากการทดลอง โดยเริ่มต้นในปี 1885  บาล์มเมอร์ได้เสนอสูตรโดยประมวลจากข้อมูลการศึกษาสเปกตรัมไฮโดรเจน

7437 6

          โดยที่ n = 3, 4, 5, …..  และ RH = 1.0973732 x 107 m-1 (ค่าคงที่ของริดจ์เบิร์ก)

          สเปกตรัมชุดต่าง ๆ ของอะตอมไฮโดรเจนภายหลังสูตรของบาล์มเมอร์ มีการเสนอสูตรของชุดสเปกตรัมอื่น ๆ ดังนี้

7437 7

               โบร์ได้ใช้ทฤษฎีควอนตัมในการอธิบายสเปกตรัมที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจน สมมติฐานของโบร์คือ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงรอบโปรตรอน  โดยมีเพียงบางวงโคจรเท่านั้นที่จะเสถียร พลังงานแต่ละระดับ (En) เป็นรัศมีวงโคจร (rn) มีค่า

                    7437 8

              

 

 

 

 

          โดยที่ n = 1, 2, 3, …..  เมื่อ n = 1  เป็นวงโคจรที่มีขนาดเล็กที่สุด เรียกว่า รัศมีของโบร์ (Bohr Radius, a0 ) มีค่า 0.0529  nm

          ระดับพลังงานในสุด (n = 1 ) จะเป็นระดับที่มีพลังงานต่ำสุด และถัดออกมาจะเป็นระดับที่มีพลังงานมากขึ้นเรื่อย ๆ และปกติอิเล็กตรอนชอบที่จะอยู่ชั้นในสุด (n = 1 ) เพราะจะมีเสถียรภาพมากที่สุด ภาวะเช่นนี้เรียก สภาวะพื้น (Ground State) หากอิเล็กตรอนได้รับพลังงานที่เหมาะสม อิเล็กตรอนจะดูดพลังงานนั้นแล้วเคลื่อนย้ายจากระดับพลังงานต่ำขึ้นไประดับพลังงานสูงกว่าเดิม เรียกภาวะเช่นนี้ว่าเป็นสภาวะกระตุ้น (Excited State) แต่ภาวะถูกกระตุ้นนี้อิเล็กตรอนจะมีพลังงานมากเกินไปจึงไม่เสถียร อิเล็กตรอนจะคายพลังงานส่วนหนึ่งออกมาแล้วเคลื่อนย้ายลงมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าเดิม พลังงานที่อิเล็กตรอนคายออกมาจะอยู่ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ

          การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนกระโดดเปลี่ยนวงโคจรสู่ระดับต่ำกว่า (ความแตกต่างระหว่างสถานะต้นกับสถานะปลาย) สเปกตรัมที่เกิดขึ้นทุกชุกสามารถทำนายได้ด้วยสูตรจากแบบจำลองอะตอมของโบร์ ซึ่งสอดคล้องกับสูตรจากการทดลองทุกสูตรข้างต้น

               ตัวอย่างการคายพลังงานของอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็นสเปกตัมดังนี้

7437 10

          สรุปได้ว่า โบร์เสนอแบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจนขึ้น โดยอาศัยความรู้เรื่องการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอิเล็กตรอนและการเกิดสเปกตรัม โดยกล่าวว่า อะตอมไฮโดรเจนจะมีโปรตอน 1  ตัวอยู่ในนิวเคลียสตรงกลางอะตอม อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียส โดยมีแนวการเคลื่อนที่เป็นวงหลาย ๆ วง คล้ายวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่ละวงจะมีระดับพลังงานเฉพาะตัว ระดับพลังงานในสุดจะเรียกระดับ K  ถัดออกมาจะเรียกเป็นระดับ L , M , N , …..  ตามลำดับ ต่อมาได้มีการใช้ตัวเลขแสดงระดับพลังงาน n =  1  หมายถึง ระดับพลังงานที่ 1 คือชั้นในสุดและถัดออกมาจะเป็นชั้น n =  2 , n = 3 , … ตามลำดับ

7437 11

ภาพที่ 1 แสดงแบบจำลองอะตอมของนีล โบร์ ( Niels Bohr)

ที่มา : http://www.satriwit3.ac.th/external_newsblog.php?links=1357 

              ข้อบกพร่องของแบบจำลองอะตอมของโบร์คือ เขาตอบไม่ได้ว่าเหตุใดจึงมีบางวงโคจรที่เสถียร จนกระทั่งเดอบรอยล์ ได้เสนอแนวคิดว่า อิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสในแบบจำลองอะตอมของโบร์ มีพฤติกรรมเป็นคลื่นนิ่งมีความถี่ที่ไม่ต่อเนื่อง (ดังกรณีคลื่นนิ่งในเชือก) คลื่นนิ่งของอิเล็กตรอน (เป็นวงปิดพอดี)

               จะเกิดขึ้นเมื่อ        7437 13

 

              7437 12

               แทนค่าความยาวคลื่นอนุภาคตามที่เสนอโดยเดอบรอยล์

              เงื่อนไขนี้เป็นกรณีของวงโคจรที่เสถียรนั่นคือโมเมนตัมเชิงมุมในแบบจำลองของโบร์มีค่าไม่ต่อเนื่อง แบบจำลองของโบร์นี้อธิบายได้ดีกว่าแบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด และสามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้การใช้ทฤษฎีควอนตัมยังอธิบายสเปกตรัมของ X-ray  ได้ด้วย

 


Return to contents
Previous Page 1 / 3 Next Page
หัวเรื่อง และคำสำคัญ
แบบจำลองอะตอม,อนุภาคโปรตรอน,มวลของอะตอม
ประเภท
Text
รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท.
สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
วันที่เสร็จ
วันศุกร์, 11 สิงหาคม 2560
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
ณปภัชร รู้สมกาย
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
เคมี
ระดับชั้น
ม.4
ม.5
ม.6
ช่วงชั้น
มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
นักเรียน
  • 7437 แบบจำลองอะตอม /lesson-chemistry/item/7437-2017-08-11-04-28-08
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ
  • เกี่ยวกับ SciMath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
  • คำถามที่พบบ่อย
Scimath คลังความรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด

The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.

Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved. 
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)